北大馮旭團隊在格點量子色動力學研究中取得系列重要進展

量子色動力學（QCD）是研究夸克和膠子之間強相互作用的基本理論。由於強相互作用在低能區的強耦合、非微擾特性，使得微擾解析的計算方法不再適用。格點量子色動力學（格點QCD）憑藉超級計算機的助力，為低能QCD提供了一種非微擾的解決方案——通過對QCD系統進行蒙特卡洛模擬，我們能從第一性原理出發得到精確的理論預言與實驗進行對比。這在研究核子內部結構、精確檢驗標準模型等多個方面，都能起到至關重要的作用。

粒子物理標準模型迄今已經得到了眾多精確的檢驗，而尋找超出標準模型的新物理是當今粒子物理研究的主要目標之一。在高精度前沿，人們通過實驗與理論的高精度對比來尋找新物理的跡象。在高階電弱過程中，由於標準模型的貢獻被高階壓低了，新物理的貢獻就會被凸顯出來。這使得高階電弱過程成為人們探索新物理的重要實驗場。理論上要精確計算高階電弱過程中的QCD貢獻，需要構造複雜的4點關聯函數、提取非局域強子矩陣元等，這在格點QCD領域屬於全新的開始，也是極富挑戰性的工作。

理論物理研究所馮旭研究員與學生及合作者一起針對光子-W玻色子高階圈圖的計算構建了一套完整的新方法，解決了複雜關聯函數計算和分析過程中的一系列技術難題，並通過我國超級計算天津中心的「天河三號原型機」超級計算機和美國阿貢國家實驗室的「Mira」超級計算機，在國際上首次完成了對光子-W玻色子圈圖的格點計算。從該計算出發，馮旭課題組將pion介子半輕衰變寬度的理論預言精度提高了3倍，這為高精度CKM物理提供了重要的理論信息。

這項工作最近發表在《物理評論快報》【Phys. Rev. Lett. 124, 192002 （2020）】。北京大學物理學院本科生馬鵬翔參與具體的計算和分析工作。馮旭為第一作者兼通訊作者，其他合作者還包括德國美因茨大學M. Gorchtein博士、美國康乃狄格大學靳路昶教授（共同通訊作者）、德國波恩大學C.-Y. Seng博士。該工作得到國家自然科學基金和中國超算天津中心的支持。

此外，馮旭課題組還利用格點QCD計算了二階電弱過程的稀有K介子衰變振幅，為實驗尋找新物理提供可靠的理論對比；提出了長程核相互作用中宇稱破壞的新定理，極大簡化了在格點QCD框架下對宇稱破壞耦合常數的計算；計算了雙pion系統的無中微子雙貝塔衰變振幅，為構建從格點QCD到手徵有效理論再到多體核理論的無縫銜接完成了關鍵的第一步。以上工作均發表於《物理評論快報》【Phys. Rev. Lett. 118, 252001 （2017）; Phys. Rev. Lett. 120, 181801 （2018）; Phys. Rev. Lett. 122, 022001 （2019）】，馮旭為第一作者或通訊作者。