La gran noticia en la física de partículas del año 2021 fue el momento magnético anómalo del muón medido por el experimento Muon g−2 del Fermilab. Observó una discrepancia a 4.2 sigmas con la predicción consensuada del modelo estándar (LCMF, 07 abr 2021). Hoy se ha anunciado en rueda de prensa el nuevo resultado de este experimento, a = (g−2)/g = 116 592 059(22) × 10⁻¹¹, que con un error de 0.2 ppm eleva la desviación hasta 5.1 sigmas. ¿Podemos hablar del descubrimiento de nueva física más allá del modelo estándar? No, lo siento, pues la predicción del modelo estándar depende de la polarización del vacío hadrónico (HVP), que se puede calcular por dos métodos que ofrecen dos resultados diferentes. La predicción consensuada usa uno de los dos métodos. Si se usa el otro, la desviación desaparece (siendo menor de dos sigmas) y el experimento confirma la teoría. La interpretación es opuesta según el método preferido. Por  ello, desde el Fermilab, se propone tener cautela con la divulgación de este nuevo resultado. El énfasis debe ser que la medida realizada es muy difícil, todo un hito experimental, nada más. No se deben extraer conclusiones sobre el modelo estándar a partir de la nueva medida.

Como ya te conté (LCMF, 10 may 2021), la estimación de la contribución del vacío hadrónico tiene dos componentes, la polarización hadrónica del vacío (HVP) y la dispersión hadrónica luz por luz (HLbL). El cálculo de la segunda (HLbL) con cromodinámica en el retículo (lattice QCD o LQCD) y mediante el análisis de colisiones electrón contra positrón (e⁺ e⁻ → π⁺ π⁻) conduce a un resultado similar (una contribución de 0.15 ppm al valor de g−2). Sin embargo, para el cálculo de la HVP hay una gran diferencia entre la predicción LQCD y la combinación de las colisiones electrón-positrón de BABAR, BESIII, CMD-3 y SND, siendo más preciso este último resultado (que es el usado en la predicción consensuada). Sin embargo, un resultado inesperado se publicó en febrero de 2023, CMD-3 publicó un valor que discrepa de los demás y que es compatible con la estimación LQCD. Además, a principios de año se publicaron nuevos resultados LQCD que son compatibles entre sí. ¿Cómo afectan estos resultados a la estimación consensuada? En septiembre hay un congreso científico para evaluar qué hacer; para decidir si hay que incorporar las medidas de LQCD y CMD-3 en pie de igualdad (con lo que la desviación de 5.1 sigmas bajará a unas tres sigmas), o si se debe retrasar hasta después del verano de 2024 la toma de dicha decisión (para entonces habrá nuevos resultados LQCD y nuevas estimaciones de BABAR y BESIII que harán insostenible retrasarlo más). Quizás te sorprenda que una predicción del modelo estándar sea difícil de calcular, pero la contribución del vacío hadrónico para la g−2 del muón requiere tener en cuenta efectos no perturbativos (aunque para el electrón bastan los efectos perturbativos).

Nos encontramos en un momento fascinante sobre el momento magnético anómalo del muón. Se está reanalizando con técnicas modernas todas las medidas previas (KLOE, SND, etc.), se esperan nuevos resultados experimentales y se esperan nuevos resultados computacionales con LQCD. A este ritmo, en un par de años tendremos una estimación de la predicción teórica mucho más confiable que la actual. Quizás coincida con la observación de Muon g−2, lo que reforzará el modelo estándar, que cual Aquiles vence siempre a sus enemigos (hasta que llegue su talón). El nuevo artículo es The Muon g − 2 Collaboration, «Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.20 ppm,» Fermilab, 10 ago 2023 [PDF] (supongo que pronto aparecerá en arXiv y se publicará en Physical Review Letters). El artículo sobre el sorprendente resultado de CMD-3 es CMD-3 Collaboration, «Measurement of the e⁺e⁻→π⁺π⁻ cross section from threshold to 1.2 GeV with the CMD-3 detector,»  arXiv:2302.08834 [hep-ex] (17 Feb 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2302.08834. Sobre la situación recomiendo leer The Muon g−2 Theory Initiative, «The Status of Muon g−2 Theory in the Standard Model,» 10 ago 2023 [web]. La tercera figura está extraída de la presentación de  Alexander Keshavarzi, «Muon g–2: Status of the Fermilab experiment and of the dispersive approach,» Lattice 2023, 04 ago 2023 [indico].

Si quieres saber, no te cortes, profundiza en este blog: «Lo que esperamos del experimento Muon g−2 del Fermilab y otras anomalías relacionadas con muones», LCMF, 03 abr 2021; «Muon g−2 del Fermilab incrementa a 4.2 sigmas la desviación en el momento magnético anómalo del muón», LCMF, 07 abr 2021; «La anomalía g−2 del muón provoca un tsunami de publicaciones entre los físicos teóricos», LCMF, 10 abr 2021; «La estimación con LQCD de la contribución cromodinámica al momento magnético anómalo del muón», LCMF, 10 may 2021; «El vacío es una sustancia… (mi charla #Naukas21)», LCMF, 24 sep 2021; «Nuevos cálculos LQCD de la polarización hadrónica (HVP) para estimar el valor g−2 del muón», LCMF, 18 feb 2023; entre otras.

[PS 12 ago 2023] Esta figura muestra que hay un buen acuerdo entre las estimaciones LQCD de la contribución HVP al momento magnético anómalo del muón. Además, el nuevo resultado combinado de LQCD difiere a unas 4.0 sigmas del valor obtenido por el método del cociente-R basado en datos de colisiones (e⁺ e⁻ → π⁺ π⁻); este último sigue teniendo menor incertidumbre, pero ya no hay tanto diferencia como había hace tres años. El artículo con los detalles de la combinación es Michel Davier, Zoltan Fodor, …, Zhiqing Zhang, «Hadronic vacuum polarization: comparing lattice QCD and data-driven results in systematically improvable ways,» arXiv:2308.04221 [hep-ph] (08 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04221.

Esta figura muestra cómo se desvía el nuevo resultado de CMD-3 del resto de los resultados usados para estimar la contribución HVP usando el método del cociente-R en basado en colisiones. El nuevo dato de CMD-3 no muestra ningún conflicto con las restricciones dispersivas para esta medida (parte derecha de la figura), sin embargo presenta una gran discrepancia con el resto de medidas (parte izquierda de la figura). Sin tener en cuenta CMD-3, la nueva medida de Muon g−2 discrepa a 5.1 sigmas de la combinación de las otras medidas con este método. El artículo con los detalles es Gilberto Colangelo, Martin Hoferichter, Peter Stoffer, «Puzzles in the hadronic contributions to the muon anomalous magnetic moment,» arXiv:2308.04217 [hep-ph] (08 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04217. [/PS]

[PS 17 ago 2023] Las siglas de la colaboración BMW significan Budapest–Marseilla–Wuppertal (ciudades de Hungría–Francia–Alemania). [/PS]