| 研究課題/領域番号 |
22K03646
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
仁尾 真紀子 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, 上級研究員 (80283927)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 量子電磁気学 / 異常磁気能率 / 電子 / ミュオン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、電子の磁気能率の2からのずれ、異常磁気能率(a_e)の決定について、量子電磁気学(QED)理論に基づく研究を行う。理論値としてのa_eを求めるためには、QED摂動計算での最高次である10次の項の確定を目指す。実験によるa_eの決定方法については、実験状況下の電子の状態へのQEDからの量子補正効果を求め、より高い精度での実験値の確定に役立てる。
これらの研究を通じて、a_eにおいて実験値と理論値の12桁に及ぶ比較を実現する。これにより、素粒子標準理論の最も高精度、つまり、最も厳しい検証を実現し、さらに標準理論を超える新しい物理現象の兆候を捉えることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本年度の研究では、レプトンの異常磁気能率(g-2)の理論値のうち、量子電磁気学(QED)からの寄与を摂動計算により求めた。
QED摂動10次の寄与において、私たちの過去の結果は、別グループの計算結果とは5標準偏差の差があると2019年に指摘された。未だ、その差の起源は不明で、解消していない。電子g-2の実験は2022年に新測定結果が発表されており、反粒子である陽電子g-2実験も同じ装置を用いて進行中である。QED理論の摂動10次項を正しく定めることで、電子（陽電子)g-2の理論値と実験値を、0.1 ppb 以下の精度で比較することが可能となる。これは、素粒子標準模型に対する最も厳しい検証であり、最も低いエネルギーの系における素粒子標準模型を超えた物理現象の探索となる。
本研究に先立ち、私たちは、両者の計算を部分ごとに比較する方法を新たに考案し、必要な数値計算を実施した。両計算結果の比較を実現したところ、どの部分ごとの比較においても、お互いの数値計算の結果は、不確かさの範囲内で相互に矛盾はなかった。ところが98個の特定の性質を持つ過程を表す積分において、すべての差が負であり、それらが積み重なって5標準偏差の差となっていることが明らかになった。
本年度12月に、理研に新たにスーパーコンピュータシステムHOKUSAI BigWaterfall 2(BW2)が導入され、これにより新たな大規模数値積分計算の実行が可能となった。そこで、個別では差がない98個の積分の再評価を行った。2012年当初の数値計算と比較し100倍から1000倍以上の統計数でのモンテカルロ積分計算を実行中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
電子g-2の測定に関し、実験でのg因子の決定方法へのQED補正項を求めることが、本科研費研究のもう一つの課題である。しかし、こちらは本年度は棚上げとなった。代わりに、ミュオンg-2へのQEDの寄与について新たな取り組みを始めたたためである。2021年、2023年と米国フェルミ国立研究所からミュオンg-2の新しい結果が相次ぎ、確実に実験値の精度が向上している。これに刺激され、ミュオンg-2におけるQEDの寄与、特に摂動12次の寄与について、これまでの推定計算よりも、もう少し精緻な推定が必要ではないかと思い至った。手始めに、摂動12次のうち、フェルミオンループを含む全112,988個のファインマン図の分類を始めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
HOKUSAI BW2 での数値計算が順調に進捗している。2024年度前半には再計算結果が得られるだろう。これにより電子g-2のQED摂動10次の値は、数値計算の不確かさ込みではあるが、確定できる。これにより、電子g-2のQED摂動10次が、独立な２グループの計算で一致することになり、素粒子標準理論の検証とそれを超えた物理の探索は、確実に一歩進むこととなる。
その後は、ミュオンg-2における摂動12次の推定計算を推し進める。また、実験でのg因子の決定方法へのQED補正項についての考察と計算を進める。
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