[論文レビュー] An update of Euclidean windows of the hadronic vacuum polarization

T. Blum, P. A. Boyle+15 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ハドロン的真空偏移寄与によるミュオンの異常磁気モーメント $a_{\mu}^{\rm W}$ の標準的ユークリッド窓に対する高精度な格子QCD+QED計算を提示する。複数のブラインド解析と改良された連続極限および無限体積補外を用いて、結果は $235.56(65)(50)\times10^{-10}$ となった。これは分散的結果とは $3.8\sigma$ の緊張を示すが、他の最近の格子計算結果と整合している。

ABSTRACT

We compute the standard Euclidean window of the hadronic vacuum polarization using multiple independent blinded analyses. We improve the continuum and infinite-volume extrapolations of the dominant quark-connected light-quark isospin-symmetric contribution and address additional sub-leading systematic effects from sea-charm quarks and residual chiral-symmetry breaking from first principles. We find $a_μ^{ m W} = 235.56(65)(50) imes 10^{-10}$, which is in $3.8σ$ tension with the recently published dispersive result of Colangelo et al., $a_μ^{ m W} = 229.4(1.4) imes 10^{-10}$, and in agreement with other recent lattice determinations. We also provide a result for the standard short-distance window. The results reported here are unchanged compared to our presentation at the Edinburgh workshop of the g-2 Theory Initiative in 2022.

研究の動機と目的

• ハドロン的真空偏移寄与によるミュオンの異常磁気モーメントの標準的ユークリッド窓に対する格子QCD+QED計算の精度を向上させること。
• 連続極限および無限体積補外からの系統的不確実性、海中のcharmクォーク、および電荷対称性を保つ軽クォーク系における残余のチャーミカル対称性の破れからの系統的不確実性を扱うこと。
• 格子QCDと分散的結果の間の緊張を解消するために、より高い精度と系統的誤差の低減を達成することで、$a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ における緊張を解消すること。
• 将来の実験的目標（特にFermilab E989）と整合するベンチマーク結果を提供し、全HVPプログラムの完了を支援すること。

提案手法

• 複数の独立的・ブラインドな格子QCD+QED解析を、異なる格子間隔と体積を持つアンサンブルで実施し、妥当性を確保しバイアスを低減する。
• 新たに開発された質量分裂手順を用いた5格子間隔法を用いて、改良された連続極限および無限体積補外を適用する。
• 第一原理的に海中のcharmクォークと残余のチャーミカル対称性の破れ効果の補正を施し、系統的不確実性を低減する。
• 短距離（$<0.1$ fm）では摂動的QCDを、長距離では格子QCDを用いるハイブリッド手法を採用し、短距離窓計算を改善する。
• 短距離におけるベクトル相関関数の有効質量不変性を用いて、質量分裂法の妥当性を検証し、将来的な連続極限補外を支援する。
• ハドロン的ライト・バイ・ライトプログラムのデータを再利用し、QEDおよび強い電荷対称性の破れ補正を更新して、精度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統計的不確実性と系統的不確実性を制御した状態で、$a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ の標準的ユークリッド窓に対する最も正確な格子QCD+QED決定値は何か？
• RQ2 格子計算による $a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ の結果は、$e^+e^-$データからの分散的結果とどのように比較できるか？その差異の原因は何か？
• RQ3 改良された連続極限および無限体積補外、特に海中のcharmクォークとチャーミカル対称性の破れ効果を含めた場合、系統的誤差はどの程度低減されるか？
• RQ4 短距離で摂動的QCDと格子QCDをハイブリッドに組み合わせた手法は、格子のみの計算と一貫した結果をもたらすか？
• RQ5 短距離におけるベクトル相関関数の有効質量不変性は、将来的な連続極限補外に向けた質量分裂法の妥当性を裏付けるか？

主な発見

• 標準的ユークリッド窓の最終結果は $a_{\mu}^{\rm W} = 235.56(65)(50)\times10^{-10}$ であり、統計的不確実性と系統的不確実性を含む。
• この結果は分散的結果の $229.4(1.4)\times10^{-10}$ とは $3.8\sigma$ の緊張を示すが、他の最近の格子QCD決定値と整合している。
• 短距離窓の結果はETMC共同研究の最近の結果と整合しており、短距離における格子手法の妥当性を検証している。
• 格子QCDと摂動的QCDは $0.4$ fmまで $1.5\times10^{-10}$ の精度で一致しており、ハイブリッド手法の信頼性を支持している。
• 短距離におけるベクトル相関関数の有効質量不変性は、連続極限補外の改善に向けた質量分裂手順の使用を正当化している。
• 著者らは、改良された境界法を用いて長距離窓の更新を準備しており、ハドロン的ライト・バイ・ライトプログラムのデータを再利用して、全HVP計算の完成を支援している。