Il gruppo Extended Twisted Mass Collaboration (ETMC), dedicato allo studio delle interazioni forti tramite simulazioni di Lattice Quantum Chromodynamics (LQCD), ha vinto un grant EuroHPC Extreme Scale Access Call (proposal No. EHPC-EXT-2023E01-007) con il progetto dal titolo “Smeared R-ratio and HVP contributions to g_mu-2 with leading isospin-breaking effects”. Il grant garantisce l’accesso per 12 mesi a GPU e cpu su Leonardo Booster di CINECA, quarto nella top 500 dei supercomputer più veloci al mondo nel 2023. Le risorse computazionali garantite, pari a oltre 5 milioni di gpu-hours e 1,271 milioni di node-hours, sono circa il 10-15% di quelle totali dedicate alla ricerca fondamentale su Leonardo e, a prezzi di mercato (e.g. su Amazon Cloud), hanno un valore economico di circa 12 milioni di euro.
ETMC conta all’attivo oltre 20 esperti tra professori, post-doc e dottorandi dislocati in diverse università: Roma Tor Vergata e INFN (PI Prof. R. Frezzotti), Roma Tre e INFN (Co-PI Prof. V. Lubicz), Università di Cipro (Cipro, Co-PI C. Alexandrou), Università di Bonn (Germania, Co-PI Prof. C. Urbach), Università di Bern (Svizzera, Co-PI Prof. U. Wenger), Università di Wuppertal (Germania) e DESY-Zeuthen (Germania). Il progetto si propone di fornire risposte ad uno dei più urgenti problemi nella fisica delle alte energie: l’origine della discrepanza tra la misura sperimentale del momento magnetico anomalo del muone, g_mu-2, e la sua predizione teorica nel modello standard (SM) delle particelle elementari.
L’osservabile g_mu-2, con una precisione di 0.19 ppm (Fermilab 2023), è una delle quantità misurate con maggiore precisione in natura. Dal punto di vista della Teoria Quantistica dei Campi il calcolo di g_mu-2 è di formidabile complessità in quanto al livello richiesto per il confronto con l’esperimento è necessario tenere di conto gli effetti derivanti da tutte le interazioni fondamentali. L’errore sulla previsione teorica è ad oggi dominato dal contributo adronico, HVP, che non ammette uno sviluppo perturbativo. Per oltre un decennio il problema è stato aggirato stimando il contributo adronico in maniera data-driven tramite la misura sperimentale della sezione d’urto di e+e–>adroni, il così detto R-ratio. Una tensione persistente intorno a 4-5 deviazioni standard tra il calcolo data-driven e la misura sperimentale di g_mu-2 è alla base di una fervente attività da entrambi i lati stimolata dalla concreta possibilità di aver evidenziato un segnale di Nuova Fisica oltre il Modello Standard. Recenti sviluppi, sia teorici che sperimentali, hanno alimentato dubbi sulla solidità del risultato data-driven evidenziando una discrepanza nell’R-ratio piuttosto che in g_mu-2. L’evoluzione di questo puzzle, tuttora non spiegato, ha fatto emergere la necessità ora più che mai di affrontare il problema puramente da principi primi.
Questo è oggi possibile, grazie ai fondamentali risultati teorici ottenuti dal gruppo di Tor Vergata, mediante simulazioni numeriche di QCD+QED sul reticolo. I nostri lavori teorici hanno aperto la strada all’inclusione degli effetti di QED nei calcoli da principi primi di osservabili adroniche e al calcolo diretto di sezioni d’urto adroniche inclusive, tra cui l’R-ratio, che erano prima inaccessibili.
Il lavoro di ETMC, che ha già contribuito molto all’intepretazione del puzzle di g_mu-2, evidenziando la discrepanza tra predizioni dello SM e dati sperimentali su R-ratio, mira ora a generare, grazie alle nuove risorse computazionali, predizioni più precise e complete per g_mu-2, R-ratio ed altre osservabili collegate, tenendo conto anche degli effetti di QED e ad un livello di accuratezza prossimo a quello degli esperimenti sul momento magnetico anomalo del muone. A Tor Vergata lavoreranno al progetto i prof. R. Frezzotti e N. Tantalo ed i dottorandi A. De Santis, A. Evangelista e F. Margari.
Link a Muon g-2: Theory Initiative (https://muon-gm2-theory.illinois.edu/)
Link a Muon g-2: Fermilab (https://muon-g-2.fnal.gov/)