N e w P h y s i c s w i t h Mu o n s F i r s t - PowerPoint PPT Presentation

N e w P h y s i c s w i t h Mu o n s F i r s t l o o k a t g - 2 , Mu 3 e a n d m o r e T r a c k s v s c a l o G a v i n H e s k e t h U n i v e r s i t y o f B i r m i n g h a m 3 0 / 1 / 1 9

2 . . . o r : w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ? G . H e s k e t h N e w p p h y s i c s m u s t e x x i i s t : - d a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r o b l e m , m a t t e r - a n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n o m a s s e s , s t r o n g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it it i i t ?

3 . . . o r : w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ? G . H e s k e t h N e w p p h y s i c s m u s t e x x i i s t : - d a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r o b l e m , m a t t e r - a n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n o m a s s e s , s t r o n g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it it i i t ?

4 . . . o r : w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ? G . H e s k e t h N e w p p h y s i c s m u s t e x x i i s t : - d a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r o b l e m , m a t t e r - a n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n o m a s s e s , s t r o n g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it it i i t ? T h e r e h a v e b e e n s s o o m m e e s u r p r i s et et f r o o m m t h e l l e p t o o n n s e c t o o r r : : - n e u t r i n o m a s s e s - p r o t o n r a d i u s p u z z l e - s o m e ~ 3 σ e f f e c t s f r o m s e m i - l e p t o n i c h a d r o n d e c a y s , R ( K ) , R ( D ) - 3 . 7 σ e f f e c t i n m u o n g - 2

5 . . . o r : w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ? G . H e s k e t h N e w p p h y s i c s m u s t e x x i i s t : - d a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r o b l e m , m a t t e r - a n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n o m a s s e s , s t r o n g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it it i i t ? T h e r e h a v e b e e n s s o o m m e e s u r p r i s et et f r o o m m t h e l l e p t o o n n s e c t o o r r : : - n e u t r i n o m a s s e s - p r o t o n r a d i u s p u z z l e - s o m e ~ 3 σ e f f e c t s f r o m s e m i - l e p t o n i c h a d r o n d e c a y s , R ( K ) , R ( D ) - 3 . 7 σ e f f e c t i n m u o n g - 2 I I f f t h e r e it it s s o o m m e n e w p h y s i c s i i n a a l l o o o o p p , m u o o n n s a a r e a a g g o o o o d d t t o o o o l l : - m 2 / m 2 ~ 4 2 0 0 0 : m u o n s m u c h m o r e s e n s i t i v e t o n e w p h y s i c s μ e - s t a b l e e n o u g h t o c a p t u r e a n d s t o r e T o o d d a y : - F e r m i l a b Mu o n g - 2 - Mu 3 e … + a f e w o t h e r e x p e r i m e n t s

6 g - 2 G . H e s k e t h S p i n P r e c e s s i o o n n : - t h e m a g n e t i c m o m e n t o f a p a r t i c l e r o t a t e s a r o u n d a B - f i e l d = g q B ω s 2 m

7 g - 2 G . H e s k e t h S p i n P r e c e s s i o o n n : - t h e m a g n e t i c m o m e n t o f a p a r t i c l e r o t a t e s a r o u n d a B - f i e l d = g = g q q B B ω s ω s 2 2 m m T h e m m a a g n e t i c m o o m m e e n t o o f f c h a r g e d l l e p t o o n n s : - e x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c )

8 g - 2 G . H e s k e t h S p i n P r e c e s s i o o n n : - t h e m a g n e t i c m o m e n t o f a p a r t i c l e r o t a t e s a r o u n d a B - f i e l d = g q m = ( 2 B + 2 a ) q B ω s 2 2 m T h e m m a a g n e t i c m o o m m e e n t o o f f c h a r g e d l l e p t o o n n s : - e x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c ) - f i r s t l o o p c a l c u l a t e d b y S c h w i n g e r i n 1 9 4 8 g = 2 + α / 2 π + … .

9 g - 2 G . H e s k e t h S p i n P r e c e s s i o o n n : - t h e m a g n e t i c m o m e n t o f a p a r t i c l e r o t a t e s a r o u n d a B - f i e l d = g q m = ( 2 B + 2 a ) q B ω s 2 2 m T h e m m a a g n e t i c m o o m m e e n t o o f f c h a r g e d l l e p t o o n n s : - e x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c ) - f i r s t l o o p c a l c u l a t e d b y S c h w i n g e r i n 1 9 4 8 g = 2 + α / 2 π + … . - s t a t e o f t h e a r t : O ( 5 ) i n Q E E D D 1 2 , 6 7 2 d i a g r a m s ! a r X i v : 1 7 1 2 . 0 6 0 6 0

1 0 “ F o l l o w t h a t a m b u l a n c e ! ” G . H e s k e t h F o o r r e l e c t r o o n n s , a c o o m m p p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E E D D → o n l y d e p e n d s o n α R R e e c e n t m m e e a s u r e m m e e n t o o f f α 1 / α = 1 3 7 . 0 3 5 9 9 9 0 4 6 ( 2 7 ) S c i e n c e , 1 3 A p r 2 0 1 8 : V o l . 3 6 0 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1 - 1 9 5 → n e w p r e d i c t i o n o f a = 0 . 0 0 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 ) e

1 1 “ F o l l o w t h a t a m b u l a n c e ! ” G . H e s k e t h F o o r r e l e c t r o o n n s , a c o o m m p p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E E D D → o n l y d e p e n d s o n α R R e e c e n t m m e e a s u r e m m e e n t o o f f α 1 / α = 1 3 7 . 0 3 5 9 9 9 0 4 6 ( 2 7 ) S c i e n c e , 1 3 A p r 2 0 1 8 : V o l . 3 6 0 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1 - 1 9 5 → n e w p r e d i c t i o n o f a = 0 . 0 0 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 ) e C C o o m m p a r e d t o o m m e e a s u r e d : a = 0 . 0 0 1 1 5 9 6 5 2 1 8 0 7 3 ( 2 8 ) e P R D 9 7 ( 2 0 1 8 ) 0 3 6 0 0 1 , P R L 1 0 0 ( 2 0 0 8 ) 1 2 0 8 0 1 → → 2 . 5 σ d i fg fg e r e n c e

1 2 “ F o l l o w t h a t a m b u l a n c e ! ” G . H e s k e t h F o o r r e l e c t r o o n n s , a c o o m m p p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E E D D → o n l y d e p e n d s o n α R R e e c e n t m m e e a s u r e m m e e n t o o f f α 1 / α = 1 3 7 . 0 3 5 9 9 9 0 4 6 ( 2 7 ) S c i e n c e , 1 3 A p r 2 0 1 8 : V o l . 3 6 0 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1 - 1 9 5 → n e w p r e d i c t i o n o f a = 0 . 0 0 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 ) e C C o o m m p a r e d t o o m m e e a s u r e d : a = 0 . 0 0 1 1 5 9 6 5 2 1 8 0 7 3 ( 2 8 ) e P R D 9 7 ( 2 0 1 8 ) 0 3 6 0 0 1 , P R L 1 0 0 ( 2 0 0 8 ) 1 2 0 8 0 1 → → 2 . 5 σ d i fg fg e r e n c e F o o r r m m u u o o n n s : s o u r c e : R e s o n a a n c e s - l a r g e r m u o n m a s s → Q C D a n d E WK l o o p s c o n t r i b u t e - a l o n g - s t a n d i n g d i s a g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t : a = 0 . 0 0 1 1 6 5 9 2 0 8 9 ( 6 3 ) ( m e a s u r e d ) μ a ~ 0 . 0 0 1 1 6 5 9 1 8 2 1 ( 3 6 ) ( p r e d i c t i o n ) μ . . . a l e p t o n - f l a v o u r v i o l a t i n g d a r k p h o t o n . . ? P R D 7 3 ( 2 0 0 6 ) 0 7 2 0 0 3 ; K N T 1 8 , P R D 9 7 , 1 1 4 0 2 5 → 3 3 . . 7 σ d i fg fg e r e n c e . . . a m o d e l w i t h a l a r g e m u o n E D M. . ? a r X i v : 1 8 0 7 . 1 1 4 8 4