[논문 리뷰] An update of Euclidean windows of the hadronic vacuum polarization

T. Blum, P. A. Boyle외 15명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 양자 chromodynamics+전자기역학(lattice QCD+QED)을 이용한 고정밀도 계산을 통해 양성자 진공 분극 기여에 대한 뮤온 비례 자기모멘트의 표준 유클리드 윈도우를 제시한다. $a_{\mu}^{\rm W}$에 대해 여러 번의 블라인드 분석과 향상된 연속체 및 무한체적 외삽을 통해 결과는 $235.56(65)(50)\times10^{-10}$로 도출되었으며, 이는 분산 결과와는 $3.8\sigma$의 긴장도를 보이나 다른 최근 라티스 결정과는 일치한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 양성자 진공 분극 기여에 대한 뮤온 비례 자기모멘트의 표준 유클리드 윈도우에 대한 라티스 QCD+QED 계산의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 연속체 및 무한체적 외삽, 해-초미세 쿼크, 등등의 체계적 오차를 다루기 위해.
• 라티스 QCD와 분산 결과 간의 긴장도를 해결하기 위해 높은 정밀도를 확보하고 체계적 오차를 줄이기 위해.
• 특히 페르미랩 E989의 향후 실험 목표와 호환되는 기준 결과를 제공하고, 전체 HVP 프로그램의 완성에 기여하기 위해.

제안 방법

• 다양한 격자 간격과 체적을 가진 앙상블에서 독립적이고 블라인드된 라티스 QCD+QED 분석을 여러 번 수행하여 결과의 탄력성과 편향 감소를 확보한다.
• 새로 개발된 질량 분리 절차를 사용한 다섯 격자 간격 접근법을 통해 향상된 연속체 및 무한체적 외삽을 적용한다.
• 해-초미세 쿼크 및 잔류 카이랄 대칭 붕괴 효과를 처음부터 고려하여 체계적 오차를 감소시킨다.
• 단거리($<0.1$ fm)에서는 양자 양극성역학을, 장거리에서는 라티스 QCD를 사용하는 하이브리드 방법을 통해 단거리 윈도우 계산을 향상시킨다.
• 단거리에서 벡터 상관 함수의 효과적 질량 독립성을 활용하여 질량 분리 방법을 검증하고 향후 연속체 외삽을 지원한다.
• 강한 이소스핀 대칭 붕괴 보정 및 QED 보정을 향상시키기 위해 라이트-바이-라이트 프로그램에서 확보한 데이터를 재사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통제된 체계적 오차를 가진 $a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$에 대한 표준 유클리드 윈도우에 대한 가장 정밀한 라티스 QCD+QED 결정은 무엇인가?
• RQ2 라티스 결과 $a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$는 $e^+e^-$ 데이터로부터의 분산 결과와 어떻게 비교되며, 그 격차는 무엇으로 설명되는가?
• RQ3 향상된 연속체 및 무한체적 외삽, 해-초미세 쿼크 및 카이랄 대칭 붕괴 효과를 포함할 경우 체계적 오차는 어느 정도 감소하는가?
• RQ4 단거리에서 양자 양극성역학과 라티스 QCD를 융합한 하이브리드 방법은 라티스 단독 계산 결과와 일관된가?
• RQ5 단거리에서 벡터 상관 함수의 효과적 질량 독립성은 향후 연속체 외삽을 위한 질량 분리 방법의 타당성을 어떻게 뒷받침하는가?

주요 결과

• 표준 유클리드 윈도우에 대한 최종 결과는 통계적 및 체계적 오차를 고려하여 $a_{\mu}^{\rm W} = 235.56(65)(50)\times10^{-10}$로 도출되었다.
• 이 결과는 분산 결과인 $229.4(1.4)\times10^{-10}$와는 $3.8\sigma$의 긴장도를 보이나 다른 최근의 라티스 QCD 결정과는 일치한다.
• 단거리 윈도우 결과는 ETMC 협동의 최근 결과와 일치하여 단거리에서 라티스 방법의 타당성을 검증한다.
• 라티스 QCD와 양자 양극성역학은 $0.4$ fm 이하까지 약 $1.5\times10^{-10}$ 수준에서 일치하며, 하이브리드 방법의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 단거리에서 벡터 상관 함수의 효과적 질량 독립성은 질량 분리 절차를 사용하여 연속체 외삽을 향상시키는 데 타당성을 제공한다.
• 저거리 윈도우에 대한 업데이트를 위해 향상된 경계 방법을 준비하고 있으며, 라이트-바이-라이트 프로그램에서 확보한 데이터를 재사용하여 전체 HVP 계산를 완성할 예정이다.