自1970年代以来，标准物理模型一直是研究粒子物理学的基础。实验学家和理论物理学家都测试了标准模型的准确性，在了解亚原子世界的行为方式时，它仍然是大地定律。
本周，在这些基础假设中形成了裂缝中国机械网okmao.com。美国费米国家加速器实验室（FNAL）与“ Muon g-2”合作的研究人员发表了进一步的实验结果，这些结果表明，μ子-电子的重亚原子亲戚-可能具有比早期更大的“磁矩”标准模型估计值已经预测到，表明未知的粒子或作用力可能会影响μ子。该工作建立在20年前在布鲁克海文国家实验室（BNL）首次发现的异常结果的基础上，并对是否需要重写标准模型提出了疑问。
同时，德国的研究人员已使用欧洲最强大的高性能计算（HPC）基础结构，对磁场中的介子进行新的且更精确的晶格量子色动力学（lattice QCD）计算。该团队发现标准模型对μ子行为的预测值与先前接受的值不同。新的理论值与FNAL实验一致，表明不需要对标准模型进行修订。结果现已发表在《自然》上。
该团队主要在Jülich超级计算中心（JSC）使用超级计算机JUWELS，由高斯超级计算中心（GCS）以及JSC的JURECA系统提供计算时间，并在其他两个GCS站点进行了广泛的计算-在高性能计算中心斯图加特（HLRS）的Hawk上运行，在莱布尼兹超级计算中心（LRZ）的SuperMUC-NG上运行。
实验学家和理论物理学家都同意，必须做进一步的研究以验证本周发表的结果。但是，有一件事很清楚：GCS提供的HPC资源对于科学家获得获得这些突破性结果所必需的精度至关重要。
领导者卡尔曼·萨博（Kalman Szabo）教授说：“晶格结果的精度首次可与这些实验相提并论。有趣的是，我们的结果与新的FNAL实验相符，与之前的理论结果相反，后者与之完全不同。 JSC的亥姆霍兹研究小组“相对论量子场论”的作者，《自然》杂志的合著者。“在确定标准模型的命运之前，必须先了解理论上的差异，为此必然要进行新的点阵QCD计算。”
微小差异，重大影响
当BNL研究人员在2001年记录了无法解释的μ子行为时，这一发现使物理学家不知所措-μ子（一种比电子重200倍的亚原子粒子）显示出比标准物理模型所预测的更强的磁性。尽管最初的发现表明介子可能与先前未知的亚原子粒子相互作用，但结果仍然不够准确，无法肯定地声称有新发现。
在接下来的20年中，对在粒子加速器设施上进行的新的超灵敏实验的大量投资，以及在理论基础上日趋完善的方法，都试图证实或反驳BNL小组的发现。在此期间，一个研究小组领导的伍珀塔尔的福多尔·佐尔坦教授的另一合着者的大学自然这篇论文正在GCS提供的超级计算机上的晶格QCD模拟方面取得了重大进展。“尽管我们在μ-2介子上的研究结果是新的，并且必须由其他研究小组进行彻底审查，但我们在计算量子色动力学中的各种物理现象方面已有很长的记录。” 福多尔教授说。“我们先前的主要成就是计算质子质量，质子-中子质量差，早期宇宙的相图以及暗物质问题的可能解决方案。这些为我们最近的结果铺平了道路。”
格点QCD计算使研究人员能够以极高的时间分辨率准确绘制亚原子粒子的运动和相互作用。但是，它们仅在计算能力允许的范围内精确—为了及时执行这些计算，研究人员不得不限制模拟大小，分辨率或时间的某种组合。随着计算资源变得越来越强大，研究人员已经能够进行更精确的模拟。
法兰克福歌德大学尤利希超级计算中心主任，量子计算和模块化超级计算教授Thomas Lippert教授说：“这项基础性工作表明，德国的世界一流的高性能计算基础设施对于在欧洲进行世界一流的科学至关重要。” GCS董事会主席，也是《自然》杂志的合著者。“ GCS的计算资源不仅在加深对μon测量的论述中起着核心作用，而且还帮助欧洲科学家和工程师成为许多科学，工业和社会研究领域的领导者。”
虽然Fodor，Lippert，Szabo和发表《自然》论文的团队目前使用他们的计算来冷却标准模型之外的物理论断，但研究人员也为继续与国际同行合作以彻底解决围绕μ子磁子的神秘性感到高兴。该团队预计，为了证明标准模型之外的物理存在，甚至需要更强大的HPC系统。“ FNAL实验将在两年内将精度提高四倍。如果我们想充分利用μ子的新物理发现潜力，我们的理论家必须跟上这一步伐。” 萨博说。