克里斯蒂娜·努内斯，阿尔贡国家实验室 以阿尔贡的米拉超级计算机为背景的强子逐光散射的典型图示
学分:金，康涅狄格大学 二十年前，美国大学的一项实验
S
能源部的布鲁克海文国家实验室指出了已建立的粒子物理理论和实际实验室测量之间的神秘不匹配
当研究人员测量一种叫做μ子的亚原子粒子的行为时，结果与理论计算不一致，这对标准模型——我们目前对宇宙如何工作的理解——提出了潜在的挑战
从那时起，世界各地的科学家一直试图验证这种差异，并确定其意义
答案要么支持标准模型，该模型定义了所有已知的亚原子粒子及其相互作用方式，要么引入一种完全未被发现的物理学的可能性
一个多机构研究小组(包括哥伦比亚大学布鲁克海文分校、康涅狄格州大学、名古屋大学和雷根斯堡大学)使用阿尔贡国家实验室的米拉超级计算机来帮助缩小差异的可能解释，提供了一个新的精确理论计算，完善了这个非常复杂的难题的一部分
这项工作部分由美国能源部科学办公室通过其高能物理和高级科学计算研究项目资助，已经发表在《物理评论快报》杂志上
μ子是电子的较重版本，具有相同的电荷
讨论中的测量是关于μ子的磁矩，它定义了粒子与外部磁场相互作用时如何摆动
早期的布鲁克海文实验，被称为μ介子g-2，研究了μ介子与直径50英尺的电磁储存环相互作用的情况
实验结果与理论预测值相差极小，以百万分之一测量，但在标准模型领域，这种差异大到足以引人注目
“如果你把计算和测量中的不确定性都考虑进去，我们就无法判断这是真正的差异还是仅仅是统计波动，”论文合著者、康涅狄格大学的物理学家托马斯·布卢姆说
“所以实验学家和理论家都在努力提高他们的结果的清晰度
" 正如布鲁克海文实验室的物理学家、该论文的合著者多久Izubuchi指出的那样，“自20世纪40年代以来，物理学家一直试图通过比较精确的理论计算和精确的实验来理解μ介子的反常磁矩
这一系列的工作导致了粒子物理学的许多发现，并继续拓展我们在理论和实验方面的知识和能力
" 如果实验结果和理论预测之间的差异确实存在，这将意味着一些其他因素——也许是一些尚未发现的粒子——正在导致μ子的行为不同于预期，标准模型将需要修改
该团队的工作集中在异常的一个众所周知的困难方面，包括强大的力，这是自然界中控制粒子如何相互作用的四种基本力之一，还有弱力、电磁力和重力。
μ介子计算中最大的不确定性来自于通过强作用力相互作用的粒子，称为强子贡献
这些强子贡献是由一种叫做量子色动力学的理论定义的
研究人员使用了一种叫做晶格量子色动力学的方法来分析一种强子贡献，逐光散射
“为了进行计算，我们在一个小的立方体盒子里模拟量子场，盒子里包含了我们感兴趣的逐光散射过程，”金说，他是康涅狄格大学的物理学家，论文的合著者
“在模拟中，我们很容易在时间和空间上获得数百万个点
" 这就是米拉进来的地方
该团队使用位于阿尔贡领导计算设施(ALCF)的超级计算机来求解量子色动力学的复杂数学方程，该方程编码了所有可能的与μ子的强相互作用
ALCF是美国能源部科学办公室的一个用户设施，最近让米拉退役，为更强大的极光超级计算机腾出空间，这是一个定于2021年推出的超大型系统
“米拉非常适合这项工作，”詹姆斯·奥斯本说，他是ALCF和阿尔贡计算科学部门的计算科学家
“通过一个非常快速的网络连接了近50，000个节点，我们的大规模并行系统使团队能够非常高效地运行大型模拟
" 在对米拉进行了四年的计算后，研究人员首次得出了强子逐光散射对μ介子异常磁矩贡献的结果，控制了所有误差
“很长一段时间以来，许多人认为这一贡献，因为它是如此具有挑战性，将解释这种差异，”布卢姆说
“但我们发现之前的估计相差不远，真实价值无法解释这种差异
" 与此同时，费米国家加速器实验室正在进行新版本的μg-2实验，旨在将实验的不确定性降低4倍
这些结果将为现在正在进行的理论工作增加更多的见解
“据我们所知，差异仍然存在，”布卢姆说
“我们正在等着看这些结果是否共同指向新的物理学，或者当前的标准模型是否仍然是我们用来解释自然的最佳理论
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
