ミューオン異常磁気能率ハドロン寄与の完全な計算

• 研究課題/領域番号: 17H02906
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 出渕 卓 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, グループリーダー (60324068)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 格子場の理論 / 素粒子論 / ミュー粒子の異常磁気能率 / ハドロン物理 / 素粒子標準模型 / ミューオンの異常磁気能率 / 格子量子色力学 / 場の量子論 / 大規模数値計算 / ハドロン相互作用 / レプトン異常磁気能率 / 素粒子理論 / 異常磁気能率 / 量子色力学 / 量子電磁気学 / 場の理論

研究成果の概要

ミュー粒子の磁場中でのスピン運動の周期へのハドロン寄与と呼ばれる原子核を構成するクォークとグルーオンからの影響を、量子色力学の第一原理計算を行うことによって計算した。ハドロン寄与を現実世界のクォークの質量や電荷に則して、統計誤差を抑え系統誤差を全て評価した計算を行った。その結果、１つめのハドロン真空偏極寄与を0.５%程度、光光散乱寄与を30%程度の精度で決定することが出来た。他の理論計算と合わて理論値は最新の実験値から 標準誤差の 4.2倍程度小さく出ており、このずれが理論・実験の誤差によるものなのか、未知の素粒子や相互作用の発見に繋がるのか非常に重大な問題となっている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在までに非常に高精度で測定されているミュー粒子の異常磁気能率と直接付き合わせることの出来る理論物理からの信頼できる理論値を第一原理計算により導出した。最新の実験値は理論値に比べて既知の素粒子や物理法則では説明のつかない有意なずれを示している。近い将来　日米で今よりもさらに4－5倍程度精度の高い実験が計画されており、理論計算のさらなる進展と合わせて、現在の標準模型と呼ばれる既知の素粒子・物理法則を超えた新発見が近い将来もたらされる可能性が高まっている。

研究成果

• [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)
• [国際共同研究] エジンバラ大学/サウスハンプトン大学/ケンブリッジ大学(英国)
• [国際共同研究] CERN (欧州原子核研究機構)(スイス)
• [国際共同研究] レーゲンスブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory/Columbia University/University of Connecticut(米国)
• [国際共同研究] University of Edinburgh/Southampton University/Cambridge(英国)
• [国際共同研究] University of Regensburg/CERN(ドイツ)
• [国際共同研究] ブルックヘブン研究所/コロンビア大学/コネチカット大学(米国)
• [国際共同研究] エジンバラ大学/サウスハンプトン大学(英国)
• [国際共同研究] ブルックヘブン研究所/コネチカット大学/コロンビア大学(米国)
• [国際共同研究] エジンバラ大学/サウスハンプトン大学(英国)
• [雑誌論文] Hadronic Light-by-Light Scattering Contribution to the Muon Anomalous Magnetic Moment from Lattice QCD (2020)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Computing Nucleon Electric Dipole Moment from lattice QCD (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohki Hiroshi、Izubuchi Taku、Syritsyn Sergey
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: Lattice2019 ページ: 290-290
  • DOI: 10.22323/1.363.0290
  • 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 Model (2020)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On isospin breaking in tau decays for (g-2) mu from Lattice QCD (2019)
  • 著者名/発表者名: Bruno Mattia、Izubuchi Taku、Lehner Christoph、Meyer Aaron
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: LATTICE2018 ページ: 135-135
  • DOI: 10.22323/1.334.0135
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pion structure from lattice QCD (2019)
  • 著者名/発表者名: Petreczky Peter、Izubuchi Taku、Jin Luchang、Kallidonis Christos、Karthik Nikhil、Mukherjee Swagato、Shugert Charles、Syritsyn Sergey
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: LATTICE2018 ページ: 088-088
  • DOI: 10.22323/1.336.0088
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proton decay matrix element on lattice at physical pion mass (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoo Jun-sik、Aoki Yasumichi、Izubuchi Taku、Syritsyn Sergey
  • 雑誌名: Proceedings of Science 巻: LATTICE2018 ページ: 187-187
  • DOI: 10.22323/1.334.0187
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calculation of Nucleon Electric Dipole Moments Induced by Quark Chromo-Electric Dipole Moments and the QCD θ-term (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Syritsyn, T. Izubuchi, H. Ohki
  • 雑誌名: Proceedings of Science, 336 巻: 336, 194 ページ: 1-10
  • DOI: 10.22323/1.336.0194
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Current Status of inclusive hadronic tau determinations of |V_us| (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Maltman, P.A. Boyle, R.J. Hudspith, T. Izubuchi, A. Juttner, C. Lehner, R. Lewis, H. Ohki, A. Portelli, M. Spraggs, J.M. Zanotti
  • 雑誌名: SciPost Physics Proceedings 巻: 1 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.21468/scipostphysproc.1.006
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Factorization theorem relating Euclidean and light-cone parton distributions (2018)
  • 著者名/発表者名: Izubuchi Taku、Ji Xiangdong、Jin Luchang、Stewart Iain W.、Zhao Yong
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 98 号: 5 ページ: 0560041-20
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.056004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Novel |Vus| Determination Using Inclusive Strange τ Decay and Lattice HVPs (2018)
  • 著者名/発表者名: Peter Boyle, Renwick James Hudspith, Taku Izubuchi, Andreas Juttner, Christoph Lehner, Randy Lewis, Kim Maltman, Hiroshi Ohki, Antonin Portelli, and Matthew Spraggs
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 121 号: 20 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.202003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Computing nucleon EDM on a lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Michael Abramczyk, Sinya Aoki, Tom Blum, Taku Izubuchi, Hiroshi Ohki, Sergey Syritsyn
  • 雑誌名: EPJ Web Conf. 巻: 175, 06027 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817506027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice study of finite volume effect in HVP for muon g-2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Izubuchi Taku、Kuramashi Yoshinobu、Lehner Christoph、Shintani Eigo
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 175 ページ: 06020-06020
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817506020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Finite-volume correction on the hadronic vacuum polarization contribution to the muon g-2 in lattice QCD (2018)
  • 著者名/発表者名: Izubuchi Taku、Kuramashi Yoshinobu、Lehner Christoph、Shintani Eigo、PACS Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 98 ページ: 0545051-13
  • NAID: 120007133779
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] |Vus| determination from inclusive strange tau decay and lattice HVP (2018)
  • 著者名/発表者名: Boyle Peter、Hudspith Renwick James、Izubuchi Taku、J?ttner Andreas、Lehner Christoph、Lewis Randy、Maltman Kim、Ohki Hiroshi、Portelli Antonin、Spraggs Matthew
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 175 ページ: 13011-13011
  • DOI: 10.1051/epjconf/201817513011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calculation of the Hadronic Vacuum Polarization Contribution to the Muon Anomalous Magnetic Moment (2018)
  • 著者名/発表者名: Blum T.、Boyle P.A. A.、Golpers V.、Izubuchi T.、Jin L.、Jung C.、Juettner A.、Lehner C.、Portelli A.、Tsang J.T.、RBC and UKQCD Collaborations
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 2 ページ: 0220031-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.022003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice calculation of electric dipole moments and form factors of the nucleon (2017)
  • 著者名/発表者名: Abramczyk M.、Aoki S.、Blum T.、Izubuchi T.、Ohki H.、Syritsyn S.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 1 ページ: 0145011-23
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.014501
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] $|V_{us}|$ from $\tau$ decays in theory (2017)
  • 著者名/発表者名: Maltman Kim、Hudspith Renwick、Izubuchi Taku、Lewis Randy、Ohki Hiroshi、Zanotti James
  • 雑誌名: PoS CKM2016 巻: PoS CKM2016 030 ページ: 1-6
  • DOI: 10.22323/1.291.0030
  • 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 moment (2017)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improved lattice computation of proton decay matrix elements (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki Yasumichi、Izubuchi Taku、Shintani Eigo、Soni Amarjit
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 1 ページ: 0145061-18
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.014506
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The inclusive flavor-breaking τ -based sum rule determination of V us (2017)
  • 著者名/発表者名: Maltman K.、Hudspith R.J.、Izubuchi T.、Lewis R.、Ohki H.、Zanotti J.M.
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 287-288 ページ: 25-28
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2017.03.037
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Calculations of nucleon electric dipole moments on a lattice with chiral ferions (2020)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Rare Precision Frontier Townhall RF03 SnowMass meeting 10/02/2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lattice computation of g-2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Proceedings of Particle Physics 2019, Yukawa Institute, Kyoto Univ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lattice computation of g-2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: QUCS 2019, Yukawa Institute, Kyoto Univ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Aventures in Particle/Nuclear/Astro Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Non-perturbative methods in Field Theories and applications to Particle Physics, Yukawa Institute, Kyoto Univ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Introduction to Lattice QCD (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Belle-II School, BNL
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Computation in Particle and Nuclear Physics (Lattice Quantum Chromodynamics) (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Fujishima highschool visit to BNL
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inclusive Hadronic Tau decay, Vus and related topics (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Seminar at Columbia University, 2019-01-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Muon g-2 and related topics (2019)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: International Workshop on Massively Parallel Programming for Quantum Chemistry and Physics 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Leading disconnected diagram and other disconnected diagrams (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Muon g-2 Theory Initiative Hadronic Light-by-Light working group workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hadronic contributions to muon g-2 - LQCD confronting the most precise experiments - (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Seminar Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), Mumbai, India
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lattice QCD studies of Muon g-2 and related topics (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Frontiers in Lattice Quantum Field Theory, IFC, Madrid, Spain
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HLbL lattice and truncation error in DR (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: g-2 Workshop, 18-22 June, 2018, Mainz, Germany,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] |Vus| from taus (LQCD) (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: 10th International Workshop on the CKM Unitarity Triangle (CKM2018), University of Heidelberg, German during September 17-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Leading disconnected diagram and other disconnected diagrams (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: muon g-2 theory initiative workshop for Hadronic Light by Light held
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interplay between R-ratio and Lattice for the muon g-2 HVP (2017)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: First Workshop of the Muon g-2 Theory Initiative
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hadronic contributions to muon g-2 and inclusive tau decay (2017)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Seminar at DESY, Zeuthen, Germany,
  • 招待講演
• [学会発表] Lattice QCD and selected applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: The Inter-institutional meeting in Interdisciplinary Theoretical and Computational Physical Science (ITCPS2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Finite Volume Study for muon g-2 light-by-light contribution (2017)
  • 著者名/発表者名: Taku Izubuchi
  • 学会等名: Lattice 2017
  • 国際学会