Мюон — нестабильная частица, в 207 раз тяжелее электрона, — давно служит физикам инструментом проверки фундаментальных теорий. Из-за своей массы мюон особенно чувствителен к виртуальным частицам, которые квантовая механика допускает в вакууме: они мгновенно возникают и исчезают, но успевают повлиять на поведение мюона в магнитном поле. Именно это влияние описывает так называемый аномальный магнитный момент мюона — величина, обозначаемая g-2 и отклоняющаяся от классического значения примерно на 0,1 процента.
С 2006 года физики фиксировали устойчивое расхождение между измеренным значением g-2 и предсказанием Стандартной модели. Эксперимент Muon g-2 в Брукхейвенской национальной лаборатории дал отклонение в 3,7 сигма, а обновлённая установка на Fermilab подняла планку до 4,2 сигма. В физике частиц пять сигма — порог, после которого принято говорить об открытии; четыре с лишним — это уже очень серьёзный намёк. Оба эксперимента в 2025 году получили премию Breakthrough Prize в области фундаментальной физики. Сообщество всерьёз рассматривало возможность существования пятой фундаментальной силы природы — в дополнение к гравитации, электромагнетизму, сильному и слабому ядерным взаимодействиям.
Проблема крылась не в измерениях, а в теоретических расчётах, с которыми их сравнивали. Ключевой вклад в g-2 вносит так называемая адронная вакуумная поляризация — эффект, возникающий из взаимодействия кварков и глюонов согласно квантовой хромодинамике. Традиционный подход к её вычислению опирался на синтез тысяч экспериментальных результатов. Группа Золтана Фодора выбрала принципиально иной путь: пространство-время разбивалось на мелкую решётку, и уравнения Стандартной модели решались численно на суперкомпьютерах — метод, известный как решёточная квантовая хромодинамика (lattice QCD). Работа заняла десять лет.
Группа Фодора разбила пространство-время на решётку и решала уравнения Стандартной модели численно — расчёты заняли 10 лет.
Когда расчёты были завершены, результат оказался обескураживающим для сторонников новой физики: вычисленное значение совпало с экспериментальными данными Muon g-2 в пределах половины стандартного отклонения и воспроизвело величину до 11 знаков после запятой. Точность — несколько частей на миллиард. Иными словами, расхождение, которое 20 лет принималось за сигнал новой физики, исчезло, как только был применён более строгий метод вычислений. Стандартная модель полностью объясняет поведение мюона.
Результат не закрывает поиск новой физики полностью — он лишь уточняет границы, за которыми она могла бы скрываться. Сам Фодор признался, что испытывает смешанные чувства: «Когда мы начинали, мы думали, что подтвердим пятую силу. Вместо этого мы получили очень точное доказательство не только Стандартной модели, но и квантовой теории поля — фундамента, на котором она построена». Для физики элементарных частиц это означает, что поиск выхода за рамки Стандартной модели продолжается, но одним из самых обсуждаемых кандидатов на роль «двери» стало меньше.
