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Projekt
Hadronischer Licht-an-Licht-Beitrag zum g-2 des Myons
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Igor Danilkin; Dr. Franziska Hagelstein; Professor Harvey Byron Meyer, Ph.D.; Professor Dr. Hartmut Wittig
Fachliche Zuordnung
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458854507
Das anomale magnetische Moments des Myons — Myon g-2 — dient als Präzisionstest für das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik. Jedoch scheint dieser Test fehlzuschlagen, was ein Indiz für Physik jenseits des SMs ist. Es gibt eine Diskrepanz zwischen der SM-Vorhersage und dem experimentellen Wert des Myon g-2 auf dem Niveau von 4.2 Standardabweichungen. Zwei Experimente (Fermilab und J-PARC) haben das Ziel, den Messwert in den nächsten Jahren zu verbessern bzw. unabhängig zu bestätigen. Um die Frage, ob in den Myon g-2 Experimenten Neue Physik beobachtet wird rigoros beantworten zu können, muss die Genauigkeit der SM-Vorhersage in Anbetracht der antizipierten Präzision des neuen Fermilab-Experiments verbessert werden. Diese Zielsetzung verfolgen wir im Joint Research Project JRP.Die Genauigkeit der SM-Vorhersage ist durch hadronische Beiträge begrenzt. Wir unterscheiden die Beiträge der hadronischen Vakuumpolarization (HVP) und Licht-an-Licht Streuung (HLbL). Während die HVP zwei Größenordnungen größer ist wie die HLbL, ist die theoretische Ungenauigkeit der HVP nur einen Faktor zwei größer als die der HLbL. Aufgrund der nicht-störungstheoretischen Natur der Quantenchromodynamik (QCD) sind hadronische Beiträge schwer zu berechnen. Weil es keine einfache QCD Rechnung gibt, verwenden wir datengestützte dispersive Berechnungen und Gitter-QCD.Unser Hauptziel ist die Vorhersage des HLbLBeitrags zu verbessern. Erstens werden wir die vorhandene Gitter-QCD-Berechnung ausweiten und die statistischen und systematischen Fehler von derzeitig 15% zu max. 10% Ungenauigkeit reduzieren. Unser ultimatives Ziel ist eine direkte Berechnung mit physikalischer Pionenmasse. Zweitens werden wir datengestützte dispersive Berechnungen unterschiedlicher Beiträge von Kanälen mit einzelnen und mehreren Mesonen durchführen. Hier werden wir die neuen experimentellen Daten von BESIII und MAMI verwenden, welche wir im Project TFF generieren. Für den HVP Beitrag gibt es eine Diskrepanz von 2.1 Standardabweichungen zwischen der derzeitig akzeptierten datengestützten Vorhersage, basierend auf experimentell gemessenen hadronischen Wirkungsquerschnitten, und der Gitter-QCD-Vorhersage der BMW Kollaboration. Offensichtlich benötigt es eine unabhängige Gitter-QCD-Berechnung mit vergleichbarer Genauigkeit um die Situation aufzuklären. Deswegen ist ein weiteres Ziel die isospin-verletzenden Korrekturen zum HVP Beitrag, welche durch Effekte der elektromagnetischen und starken Wechselwirkung entstehen, zu berechnen. Diese sind notwendig für eine Gesamtgenauigkeit im Promillebereich. Für die elektromagnetischen Korrekturen werden wir wiederum zwei Ansätze verwenden: 1) eine direkte Gitter-QCD-Berechnung; 2) ein Analog zur Cottingham-Formel mit Gitter-QCD-Ergebnissen für Amplituden der Licht-an-Licht Vorwärtsstreuung als Input, welche in Projekt LBL berechnet werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Internationaler Bezug
Schweiz
Kooperationspartner
Dr. Jeremy Green
