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Muon g-2

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  • Muon g-2

    Hola.

    Recientemente han aparecido en varios medios de comunicación las noticias sobre una medida del factor giromagnetico del muon.
    Basicamente, se mide como da vueltas la dirección del espin de un muón cuando se mete en un campo magnético.

    La medida experimental, tremendamente precisa, aparece descrita en https://www.washington.edu/news/2021...first-results/

    The accepted theoretical values for the muon are:
    • g-factor: 2.00233183620(86)
    • anomalous magnetic moment: 0.00116591810(43)

    The new experimental world-average results announced by the Muon g-2 collaboration today are:
    • g-factor: 2.00233184122(82)
    • anomalous magnetic moment: 0.00116592061(41)

    Esto supone una diferencia de 4.2 sigma, lo cual no llega a los 5 sigma necesarios para demostrar una discrepancia con el modelo estandar, pero indica que puede haber algo muy interesante por descubrir.

    Sin embargo, parace que hay cierta discrepancia con respecto al valor teórico. Un nuevo calculo teórico de g-2, publicado esta semana en Nature, https://www.nature.com/articles/s41586-021-03418-1 da valores que son más cercanos a los experimentales.

    Asi que hay que estar a la espera. No hagais caso de titulares sensacionalistas que hablan ya de "descubrimiento de nueva fisica" ni de "nuevas fuerzas en la naturaleza".

    Bueno, espero que Alriga o algun otro forero complete esta notica con enlaces más pedagogicos que los que yo uso.

    Un saludo

  • #2
    Escrito por carroza Ver mensaje
    Asi que hay que estar a la espera. No hagais caso de titulares sensacionalistas que hablan ya de "descubrimiento de nueva fisica" ni de "nuevas fuerzas en la naturaleza".

    Bueno, espero que Alriga o algun otro forero complete esta notica con enlaces más pedagogicos que los que yo uso.
    Bueno, el tema es tan interesante que Francis Villatoro le ha dedicado las tres últimas entradas de su blog:

    Lo que esperamos del experimento Muon g−2 del Fermilab y otras anomalías relacionadas con muones

    Muon g−2 del Fermilab incrementa a 4.2 sigmas la desviación en el momento magnético anómalo del muón

    Podcast CB SyR 314: Marte, el experimento Muon g−2, USS Jellyfish y las bromas del uno de abril

    Yo de estos temas entiendo poco, pero parece que la clave está en «the accepted theoretical values for the muon» que mencionabas. O sea que, en realidad, no se trata e un valor teórico que todo el mundo pueda deducir fácilmente del modelo estándar, sino que es un valor teórico de consenso, lo que significaría que es algo tan difícil de calcular, que simplemente se ponen de acuerdo en el valor aceptado y que, por tanto, no sería nada de raro que estuviera errado en la octava cifra significativa.

    Saludos
    Última edición por Jaime Rudas; 10/04/2021, 14:14:49. Motivo: Ortografía y redacción

    Comentario


    • #3
      Hola aqui les dejo otro video donde la propia fuente Fermilab resume y comenta los resultados obtenidos

      Comentario


      • #4
        Se publica en Nature Leading hadronic contribution to the muon magnetic moment from lattice QCD que dice en el abstract:

        El modelo estándar de física de partículas describe la gran mayoría de experimentos y observaciones que involucran partículas elementales. Cualquier desviación de sus predicciones sería un signo de nueva física fundamental. Una discrepancia de larga data se refiere al momento magnético anómalo del muón, una medida del campo magnético que rodea a esa partícula. Las predicciones del modelo estándar muestran desacuerdo con las mediciones que están muy dispersas alrededor de 3,7 desviaciones estándar.

        Hoy en día, los errores teóricos y de medición son comparables; sin embargo, los experimentos en curso y planificados tienen como objetivo reducir el error de medición en un factor de cuatro. En teoría, la fuente de error dominante es la contribución de polarización al vacío hadrónica de primer orden (LO-HVP). Para las próximas mediciones, es fundamental evaluar la predicción de esta contribución con métodos independientes y reducir sus incertidumbres. Las determinaciones más precisas e independientes del modelo hasta ahora se basan en técnicas dispersivas, combinadas con mediciones de la sección transversal de la aniquilación electrón-positrón en hadrones. Para eliminar nuestra dependencia de estos experimentos, aquí utilizamos simulaciones de cromodinámica cuántica ab initio (QCD) y electrodinámica cuántica para calcular la contribución LO-HVP.

        Alcanzamos la precisión suficiente para discriminar entre la medición del momento magnético anómalo del muón y las predicciones de métodos dispersivos. Nuestro resultado favorece el valor medido experimentalmente sobre los obtenidos mediante la relación de dispersión. Además, los métodos utilizados y desarrollados en este trabajo permitirán una mayor precisión a medida que se disponga de computadoras más potentes.


        Los comentarios de Francis Villatoro:

        "Se ha publicado en Nature la estimación más precisa hasta ahora de HVP (polarización del vacío hadrónico) usando cromodinámica cuántica en el retículo (LQCD); en realidad solo se estima el valor de HVP a primer orden, llamado LO-HVP (la predicción teórica de consenso alcanza NLO-HVP). Lo sorprendente es que el resultado es compatible con la medida del experimento Muon g−2 del Fermilab. Si se confirmara este gran avance en LQCD de forma independiente, muchos físicos acabarán con mal sabor de boca; se habrá esfumado la necesidad de nueva física más allá del modelo estándar"

        El valor teórico que estima el artículo de Nature y el valor experimentas solo difiere en 2.2 sigmas. "Ahora mismo lo más urgente es que otros grupos de investigación que trabajan en QCD en el retículo repitan el cálculo publicado en Nature; si confirmen sus resultados se incrementará la confianza en que no hay nada raro en su metodología. Si se logra (lo siento, yo creo que se logrará), habrá que decirle adiós a una de las señales más claras de la existencia de nueva física más allá del modelo estándar"

        El preprint de arxiv del artículo de Nature es: Leading hadronic contribution to the muon magnetic moment from lattice QCD y la opinión de Francis Villatoro aparece en La estimación con LQCD de la contribución cromodinámica al momento magnético anómalo del muón

        Saludos.
        "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

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        • #5
          Gracias, Alriga.

          El artículo es muy interesante.

          Por añadir un poco de contexto: g mide la interacción del muón con campos magnéticos. Los campos magnéticos, como los eléctricos, y todas las interacciones electromagnéticas se describen por el intercambio de fotones virtuales. Si fuera valido el primer orden (solo se intercambia un fotón), entonces g sería 2. Si se tienen en cuenta fenómenos electromagnéticos de orden superior, con creación y aniquilación de todas las particulas conocidas, salen valores de g que difieren un poco de dos, pero son perfectamente calculables. Estos serían cáluclos típicos de electrodinámica cuántica, o QED.

          El problema viene cuando queremos calcular las correcciones a g debidos a procesos en los que el fotón virtual produce una pareja quark-antiquark. Esta pareja interacciona a través de la cromodinámica cuántica, o QCD. La contribución de la QCD es mucho más dificil de calcular, ya que hay que tener en cuenta no sólo los quarks que se producen por el fotón virtual, sino aquellos quarks y antiquarks que aparecen por la polarización del vacío. Este efecto se tenía en cuenta hasta ahora, relacionáńdolos con experimentos de producción de hadrones (hechos de quarks y antiquarks), a partir de fotones virtuales. En esa situación, los cálculos de g, mostraban una fdiferencia significativa con los valores experimentales.

          Los calculos que se presentanen la publicación de Nature son calculos "ab initio", es decir, a primeros principios, a partir de QED + QCD. Estos cálculos se hacen discretizando los vaores de los campos de quarks, gluones, fotones, etc, en un retículo. Por eso se llaman "Lattice". La clave de esos cáluclos es ver si los resultados convergen conforme el retículo se hace más fino, es decir, con más puntos (y por tanto, más difícil de resolver con precisión.

          En ese sentido, es interesante ver, en la figura 2, cómo los resultados convergen cuando el retículo se hace más pequeño.

          https://www.nature.com/articles/s415...18-1/figures/2

          Yo no se si alguien se sentirá decepcionado porque no aparezca "nueva física", pero a mí me llena de orgullo y satrisfacción (como diría el emérito), que la física teórica sea capaz de describir la naturaleza con el grado de precisión que dan los resultados experimentales.

          The new experimental world-average results announced by the Muon g-2 collaboration today are:
          • g-factor: 2.00233184122(82)
          • anomalous magnetic moment: 0.00116592061(41)
          Saludos
          Última edición por carroza; 11/05/2021, 17:25:39.

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