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ミュー粒子の異常磁気能率におけるQCD非摂動力学の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05317
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関名古屋大学

研究代表者

早川 雅司  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (20270556)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードミュー粒子 / 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 / ミュー粒子異常磁気能率 / ミュー粒子の異常磁気能率 / 光-光散乱振幅 / 異常磁気能率 / 光光散乱 / 光-光産卵振幅 / 素粒子論
研究成果の概要

ミュー粒子の異常磁気モーメントは素粒子理論で原理的に予言可能な量である。現時点での素粒子の標準模型は、陽子などの原子核を、クォークとグルーオンによる「強い相互作用」のゲージ理論(QCD)で記述する。磁気モーメントに対する素粒子模型と実験値との精密な比較を果たすためには、QCDからの影響を定量的に評価することが必須である。本研究では、QCDの寄与のうち、純粋に理論的な分析を要する寄与に関して数値シミュレーションによる結果を世界に先駆けて提示した。その結果、素粒子標準模型によるミュー粒子の異常磁気モーメントの理論値における潜在的な不確かさを削除するに至った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

報告書

(7件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] ブルックヘブン国立研究所/コロンビア大学/コネチカット大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ローゼンベルグ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ブルックヘブン国立研究所/コロンビア大学/コネチカット大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ローゼンベルグ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ブルックヘブン国立研究所/コロンビア大学/コネチカット大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ローゼンベルク大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Connecticut University/Brookhaven National Laboratory/Columbia University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Columbia University/Connecticut University/Brookhaven National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Hadronic Light-by-Light Scattering Contribution to the Muon Anomalous Magnetic Moment from Lattice QCD2020

    • 著者名/発表者名
      T. Blum、N. Christ、M. Hayakawa、T. Izubuchi、L. Jin、C. Jung and C. Lehner
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 号: 13 ページ: 132002-132002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.124.132002

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The anomalous magnetic moment of the muon in the Standard Model2020

    • 著者名/発表者名
      T.Aoyama and et.al.
    • 雑誌名

      Physics Reports

      巻: 887 ページ: 1-166

    • DOI

      10.1016/j.physrep.2020.07.006

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Using infinite volume, continuum QED and lattice QCD for the hadronic light-by-light contribution to the muon anomalous magnetic moment2017

    • 著者名/発表者名
      T.Blum, N.Christ, M.Hayakawa, T.Izubuchi, L.Jin, C.Jung and C.Lehner
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 号: 3 ページ: 034515-034515

    • DOI

      10.1103/physrevd.96.034515

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Connected and Leading Disconnected Hadronic Light-by-Light Contribution to the Muon Anomalous Magnetic Moment with a Physical Pion Mass2017

    • 著者名/発表者名
      T.Blum, N.Christ, M.Hayakawa, T~Izubuchi, L.Jin, C.Jung and C.Lehner
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 118 号: 2 ページ: 020051-020056

    • DOI

      10.1103/physrevlett.118.022005

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Hadronic light-by-light scattering contribution to the muon g-2 from Lattice QCD2016

    • 著者名/発表者名
      早川雅司
    • 学会等名
      The 2nd Durham-KEK-KIPMU-KIAS Joint Workshop
    • 発表場所
      KIAS, Seoul
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Is the theoretical prediction for the muon g-2 really correct ?2016

    • 著者名/発表者名
      早川雅司
    • 学会等名
      PPP2016
    • 発表場所
      基礎物理学研究所
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Standard model prediction for the muon g-2 : QCD and QED contributions2016

    • 著者名/発表者名
      早川雅司
    • 学会等名
      The 1st KEK-KIAS-NCTS Joint Workshop on Particle Physics Phenomenology
    • 発表場所
      National Center for Theoretical Sciences (NCTS), Taiwan
    • 年月日
      2016-05-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2023-01-30  

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