粒子物理标准模型迄今已经得到了众多精确的检验,而寻找超出标准模型的新物理是当今粒子物理研究的主要目标之一。在高精度前沿,人们通过实验与理论的高精度对比来寻找新物理的迹象。在高阶电弱过程中,由于标准模型的贡献被高阶压低了,新物理的贡献就会被凸显出来。这使得高阶电弱过程成为人们探索新物理的重要实验场。理论上要精确计算高阶电弱过程中的QCD贡献,需要构造复杂的4点关联函数、提取非局域强子矩阵元等,这在格点QCD领域属于全新的开始,也是极富挑战性的工作。
理论物理研究所冯旭研究员与学生及合作者一起针对光子-W玻色子高阶圈图的计算构建了一套完整的新方法,解决了复杂关联函数计算和分析过程中的一系列技术难题,并通过我国超级计算天津中心的“天河三号原型机”超级计算机和美国阿贡国家实验室的“Mira”超级计算机,在国际上首次完成了对光子-W玻色子圈图的格点计算。从该计算出发,冯旭课题组将pion介子半轻衰变宽度的理论预言精度提高了3倍,这为高精度CKM物理提供了重要的理论信息。
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这项工作最近发表在《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 124, 192002 (2020)】。北京大学物理学院本科生马鹏翔参与具体的计算和分析工作。冯旭为第一作者兼通讯作者,其他合作者还包括德国美因茨大学M. Gorchtein博士、美国康乃狄格大学靳路昶教授(共同通讯作者)、德国波恩大学C.-Y. Seng博士。该工作得到国家自然科学基金和中国超算天津中心的支持。
此外,冯旭课题组还利用格点QCD计算了二阶电弱过程的稀有K介子衰变振幅,为实验寻找新物理提供可靠的理论对比;提出了长程核相互作用中宇称破坏的新定理,极大简化了在格点QCD框架下对宇称破坏耦合常数的计算;计算了双pion系统的无中微子双贝塔衰变振幅,为构建从格点QCD到手征有效理论再到多体核理论的无缝衔接完成了关键的第一步。以上工作均发表于《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 118, 252001 (2017); Phys. Rev. Lett. 120, 181801 (2018); Phys. Rev. Lett. 122, 022001 (2019)】,冯旭为第一作者或通讯作者。