Nonperturbative QCD dynamics in muon anomalous magnetic moment

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K05317
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hayakawa Masashi 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (20270556)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ミュー粒子 / 異常磁気モーメント / QCD / 格子ゲージ理論 / 数値シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

The anomalous magnetic dipole moment of the muon, so called the muon g-2, is one of the quantities that can be predicted from any renormalizable model of elementary particles, such as the Standard Model. In the Standard Model, proton and all other nucleons are described by QCD including quarks and gluons, the gauge theory of strong interactions. In order to realize accurate comparison between theory and experiment of muon g-2, it is indispensable to understand the effect of QCD on muon g-2 qualitatively. This research presents the first result for the QCD effect which requires purely theoretical analysis by the numerical simulation. This helps to remove the theoretical uncertainty whose size has not been known in the theoretical prediction on the muon g-2 from the Standard Model.

Free Research Field

素粒子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ミュー粒子異常磁気能率（muon g-2）の実験による測定値と既知の素粒子構造による理論値の間には「ずれ」が窺われる。
理論値はQCD（陽子などの原子核を形成する力の理論）が光-光散乱振幅を介してmuon g-2に及ぼす効果（HLbLの寄与）を含む。QCDのモデル計算でしか計算できなかったHLbLの寄与の大きさはずれと同程度であるため、ずれが新素粒子構造の存在に由来する点を断定できなかった。
本研究はQCDによるHLbLの寄与の理解を世界に先駆けて実現してこの難点を解決した。改定後の理論値は2021年に発表されたmuon g-2の次世代実験の測定値と比較され、未知の素粒子構造の存在を示唆した。