[论文解读] 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 7

一句话总结

本文 presents一种高精度的格点QCD+QED计算，针对强子真空极化对μ子反常磁矩贡献的标准欧几里得窗口，结果为 $235.56(65)(50)\times10^{-10}$，显示与发散结果存在3.8σ的张力，但与其他近期格点计算结果一致。

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.

研究动机与目标

• 提高对强子真空极化对μ子反常磁矩贡献的标准欧几里得窗口的格点QCD+QED计算精度。
• 解决来自连续极限和无限体积外推、海夸克-粲夸克以及同位旋对称轻夸克区中残留手征对称性破缺的系统性不确定性。
• 通过提高精度并减少系统性误差，解决格点QCD与发散结果在 $a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ 上的张力。
• 提供一个与未来实验目标（特别是费米实验室E989）兼容的基准结果，并支持完整HVP计划的完成。

提出的方法

• 在不同格点间距和体积的样本上执行多个独立、盲化的格点QCD+QED分析，以确保稳健性并减少偏差。
• 采用改进的连续极限和无限体积外推方法，使用五格点间距方法，并结合新开发的矢量相关函数质量分裂程序。
• 从第一原理出发，包含海夸克-粲夸克和残余手征对称性破缺效应的修正，以减少系统性不确定性。
• 在短距离（<0.1 fm）使用微扰QCD，在长距离使用格点QCD，采用混合方法以改进短距离窗口的计算。
• 利用短距离处矢量相关函数的有效质量无关性，验证质量分裂方法，并支持未来连续极限外推。
• 重用来自强子真空极化程序的数据，以更新QED和强同位旋破缺修正，提高精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在受控系统性不确定性的前提下，$a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ 的标准欧几里得窗口的最精确格点QCD+QED确定值是多少？
• RQ2 格点结果与基于 $e^+e^-$ 数据的发散结果在 $a_{\mu}^{\rm HVP~{}LO~{}W}$ 上的比较如何？任何差异的成因是什么？
• RQ3 改进的连续极限和无限体积外推方法，包括海夸克-粲夸克和手征对称性破缺效应，能在多大程度上减少系统性误差？
• RQ4 结合微扰QCD与格点QCD的混合方法在短距离是否能与纯格点计算结果保持一致？
• RQ5 短距离处矢量相关函数的有效质量无关性是否支持质量分裂方法在未来的连续极限外推中的有效性？

主要发现

• 标准欧几里得窗口的最终结果为 $a_{\mu}^{\rm W} = 235.56(65)(50)\times10^{-10}$，包含统计误差与系统性误差。
• 该结果与发散结果 $229.4(1.4)\times10^{-10}$ 存在3.8σ张力，但与其他近期格点QCD确定值一致。
• 短距离窗口结果与ETMC合作组的近期结果相容，验证了格点方法在短距离的可靠性。
• 格点QCD与微扰QCD在0.4 fm以内的一致性达到 $1.5\times10^{-10}$ 水平，支持混合方法的可靠性。
• 短距离处矢量相关函数的有效质量无关性为质量分裂程序在改进连续极限外推中的使用提供了依据。
• 作者正在使用改进的边界方法并重用其强子真空极化程序中的数据，以更新长距离窗口，完成完整的HVP计算。