We review the present status of the Standard Model calculation of the anomalous magnetic moment of the muon. This is performed in a perturbative expansion in the fine-structure constant α and is broken down into pure QED, electroweak, and hadronic contributions. The pure QED contribution is by far the largest and has been evaluated up to and including O(α5) with negligible numerical uncertainty. The electroweak contribution is suppressed by (mμ∕MW)2 and only shows up at the level of the seventh significant digit. It has been evaluated up to two loops and is known to better than one percent. Hadronic contributions are the most difficult to calculate and are responsible for almost all of the theoretical uncertainty. The leading hadronic contribution appears at O(α2) and is due to hadronic vacuum polarization, whereas at O(α3) the hadronic light-by-light scattering contribution appears. Given the low characteristic scale of this observable, these contributions have to be calculated with nonperturbative methods, in particular, dispersion relations and the lattice approach to QCD. The largest part of this review is dedicated to a detailed account of recent efforts to improve the calculation of these two contributions with either a data-driven, dispersive approach, or a first-principle, lattice-QCD approach. The final result reads aμSM=116591810(43)×10−11 and is smaller than the Brookhaven measurement by 3.7σ. The experimental uncertainty will soon be reduced by up to a factor four by the new experiment currently running at Fermilab, and also by the future J-PARC experiment. This and the prospects to further reduce the theoretical uncertainty in the near future – which are also discussed here – make this quantity one of the most promising places to look for evidence of new physics.

We present a lattice QCD calculation of the double-virtual neutral pion transition form factor, with the goal to cover the kinematic range relevant to hadronic light-by-light scattering in the muon $g-2$. Several improvements have been made compared to our previous work. First, we take into account the effects of the strange quark by using the $N_f=2+1$ CLS gauge ensembles. Secondly, we have implemented the on-shell $\mathcal{O}(a)$-improvement of the vector current to reduce the discretization effects associated with Wilson quarks. Finally, in order to have access to a wider range of photon virtualities, we have computed the transition form factor in a moving frame as well as in the pion rest-frame. After extrapolating the form factor to the continuum and to physical quark masses, we compare our results with phenomenology. We extract the normalization of the form factor with a precision of 3.5\% and confirm within our uncertainty previous somewhat conflicting estimates for a low-energy constant that appears in chiral perturbation theory for the decay $\pi^0 \to \gamma\gamma$ at NLO. With additional input from experiment and theory, we reproduce recent estimates for the decay width $\Gamma(\pi^0 \to \gamma\gamma)$. We also study the asymptotic large-$Q^2$ behavior of the transition form factor in the double-virtual case. Finally, we provide as our main result a more precise model-independent lattice estimate of the pion-pole contribution to hadronic light-by-light scattering in the muon $g-2$: $a_{\mu}^{\mathrm{HLbL}; \pi^0} = (59.7 \pm 3.6) \times 10^{-11}$. Using in addition the normalization of the form factor obtained by the PrimEx experiment, we get the lattice and data-driven estimate $a_{\mu}^{\mathrm{HLbL}; \pi^0} = (62.3 \pm 2.3) \times 10^{-11}$.