スーパーコンピュータの研究により、標準モデルがミュオンの不一致に耐えられる可能性が示される

Oliver Peckham

フェルミ国立加速器研究所（FNAL）の研究者たちは、ミュオンg-2実験の最中に、ミュオンが物理学の標準モデルの予測に反している可能性を示す証拠を発表し、半世紀にわたってほぼ無傷で生き残ってきた現代物理学の中核的な考え方に若干の疑問を投げかけた。今回、ドイツ、フランス、ハンガリーの研究者チームは、スーパーコンピュータを使って独自にミュオンの計算を行い、FNAL実験と標準モデルの整合性を確認した。

ミュオンの矛盾は、ブルックヘブン国立研究所（BNL）で行われた20年前の観測にさかのぼる。その間の20年間、世界中の研究者が、なぜこの粒子が標準モデルが予測するよりも大きな磁気モーメント（磁性体の強さや配列）を示すのかを解明しようとしてきた。そして今月、FNALはミュオンを中心とした実験の最初の結果を発表し、標準モデルとは異なる重要な変数を示した。

「私たちの【推定値】は、ミュオンと宇宙の他のすべてのものとの相互作用を反映しています。しかし、理論家が標準モデルの既知の力と粒子のすべてを使って同じ量を計算しても、同じ答えは得られません。」と、ミュオンg-2実験のシミュレーションを担当したケンタッキー大学の物理学者であるRenee Fatemiは、ガウスセンター・フォー・スーパーコンピューティング（GCS）でのEric Gedenkとのインタビューで次のように述べている。「これは、ミュオンが我々の最良の理論にないものに敏感であるという強い証拠です。」

一方、ヨーロッパでは、複数の機関が共同で、磁場中のミュオンを理解するために超高解像度の量子色力学計算を行っていた。そのために彼らが利用したのが、ユーリッヒ・スーパーコンピューティング・センター（JSC）のスーパーコンピュータ「Juwels」（ヘッダーの写真）である。Juwelsの2つのモジュールは、それぞれ6.2 Linpackペタフロップスと44.1 Linpackペタフロップスの性能を持ち、「ブースターモジュール」だけでも、一般に公開されているスーパーコンピュータの中で世界第7位の性能を誇っている。

その結果、磁場中のミュオンの重要な値について、標準模型に基づく新しい推定値が得られ、FNAL実験の結果と一致した。「格子の結果が、これらの実験に匹敵する精度を持ったのは初めてのことです。興味深いことに、私たちの結果は、これまでの理論の結果とは異なり、新しいFNAL実験の結果と一致しています。」と論文の共著者であるKalman Szaboは述べている。

「ミュオンg-2に関する私たちの結果は新しいもので、他のグループが徹底的に精査しなければなりませんが、私たちには量子色力学におけるさまざまな物理現象を計算してきた長い実績があります。」と、論文のもう一人の著者であるZoltan Fodorは付け加えた。「これまでの主な成果としては、陽子の質量、陽子と中性子の質量差、初期宇宙の相図、暗黒物質問題の解決策の可能性などがあります。これらの成果が、今回の最新の結果への道を開いてくれたのです。」