近期，中國科學院高能物理研究所理論物理研究室研究員李釗課題組與合作者組建的合作團隊取得了一項突破性成就。他們成功計算了頂夸克衰變寬度和底夸克b至u半輕衰變過程的在量子色動力學的次次次領頭階水平上的精確理論結果。這是目前全球最精確的理論計算成果，其研究成果已被美國物理學會的Physical Review D期刊以快報形式發(fā)表，并榮獲編輯推薦（Editors’Suggestion）的榮譽，同時在期刊網站的亮點欄目中得到特別展示https://journals.aps.org/prd/highlights。
頂夸克作為已知的最重基本粒子，其特性對于驗證標準模型和探尋新物理現象具有舉足輕重的作用。頂夸克的衰變寬度是其基本屬性的關鍵，它決定了頂夸克的壽命長度。由于頂夸克參與強相互作用，因此在精確計算其衰變寬度時，必須將包括膠子輻射效應在內的量子色動力學的高階修正考慮在內。次領頭階修正的計算在20世紀90年代便已完成；而次次領頭階的完整數值結果則在2013年被首次得出，次次領頭階的完整解析結果則在2022年由王健等人的合作團隊完成。本次科研突破，即對于頂夸克衰變過程的次次次領頭階的計算過程，極具挑戰(zhàn)性，涉及到了對多圈帶質量傳播子的費曼積分的復雜處理。
在這項研究中，研究團隊首先運用光學定理將衰變寬度與頂夸克自能圖的虛部建立了聯(lián)系，隨后利用現代方法處理費曼積分，將積分問題轉化為解微分方程的問題，并將結果以調和多對數函數的形式表達出來，這是一種對數函數多重積分的推廣。同時還公開發(fā)布了一種程序包，以便于科研人員能夠快速且準確地進行計算。在頂夸克質量設定為172.69 GeV的情況下，他們得到了頂夸克衰變寬度的理論預言值，精確到1.321 GeV。對于其他頂夸克質量，理論預言結果如下圖所示：
此外，研究團隊還成功預測了底夸克b至u半輕衰變過程中的輕子不變質量譜和衰變寬度的精確理論值。這些成果將極大地助力實驗物理學家更精確地確定描述夸克混合的CKM矩陣元
。
這項研究的成功離不開多方的合作與支持，包括廣州大學陳龍斌副教授、山東大學王健教授和李海濤教授、以及南京師范大學王燁凡副研究員。此外，研究還得到了國家自然科學基金、山東省泰山學者項目和廣東省自然科學基金等機構的資助。
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