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cyqdesign 2022-06-05 11:56

北大利用格點量子色動力學在繆氫原子光譜研究中取得突破性進展

質子是構成物質世界的基本粒子之一，它具有復雜的內部結構，由帶電的夸克和不帶電的膠子組成。質子內部的電荷分布半徑通常也被用來衡量質子的大小。2010年，物理學家通過精確測量繆氫原子（氫原子中的電子被替換成繆子）蘭姆位移，捕捉到質子內部電荷分布對繆氫原子能級造成的微小影響，從而確定了電荷分布的半徑。盡管繆氫光譜實驗的精度遠高于其他實驗，但從中獲得的電荷分布半徑較此前全球實驗平均值相差了5個標準差——這就是所謂的質子大小之謎。2019年，最新的電子-質子散射和氫原子光譜實驗與繆氫實驗結果符合，預示著質子大小之謎正在逐步得以破解，實驗上的分歧也在逐漸縮小。 ,o\~d ?4  
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迄今為止，繆氫光譜實驗依然是獲取質子電荷半徑最精確的實驗手段。光譜學高精度測量使得QCD的貢獻在理論與實驗對比中愈加舉足輕重。事實上，從繆氫蘭姆位移中提取電荷分布半徑，最主要的理論誤差就來源于非微擾QCD主導的雙光子交換費曼圖。為此，北京大學物理學院理論物理研究所馮旭研究員課題組與康涅迪格大學靳路昶助理教授合作，解決了雙光子圖的紅外發(fā)散問題，發(fā)展了全新的長程減除方案來降低統(tǒng)計誤差，并依托中國超算天津中心“天河三號”超級計算機首次實現(xiàn)了雙光子圖的格點計算（如圖）。在此基礎上，他們擬進一步開展更為系統(tǒng)、精度更高的計算，以期最終解決“質子究竟有多大”這一基本科學問題。 Ku8qn \2"  
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氫原子與繆氫原子（左）；雙光子交換費曼圖（右） /< \do 1  
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