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上海訊    近日，李政道研究所Michael Ramsey-Musolf教授及其合作者在頂級期刊《物理評論快報(bào)》上發(fā)表三篇論文。這三篇論文從今年2月底起的兩周內(nèi)陸續(xù)被接收，研究成果涵蓋了從低能級電弱精確計(jì)算到早期宇宙粒子物理等領(lǐng)域的研究。

第一篇題為Parity Violating Moller Scattering at NNLO: Closed Fermion Loops （宇稱破壞Moller散射的次次領(lǐng)頭階計(jì)算：費(fèi)米子閉合圈圖） Phys. Rev. Lett. 126, 131801(2021)，第一次完成了標(biāo)準(zhǔn)模型兩圈圖（NNLO）電弱輻射對宇稱破壞電子－電子散射的完整計(jì)算。該結(jié)果為美國Jefferson實(shí)驗(yàn)室即將進(jìn)行的MOLLER實(shí)驗(yàn)（耗資5000萬美元的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目）提供最精確的測定低能量弱混合角的理論依據(jù)，并提供探測可能的輕Z'玻色子或帶雙電荷的希格斯玻色子的實(shí)驗(yàn)解釋。標(biāo)準(zhǔn)模型兩圈圖電弱輻射修正的精確理解對于解釋實(shí)驗(yàn)中可能的“新物理”現(xiàn)象的理論至關(guān)重要。

第二篇題為Thermodynamics of a Two-Step Electroweak Phase Transition （兩階段電弱相變的熱力學(xué)）Phys. Rev. Lett. 126, 171802(2021), 闡述了第一個(gè)非擾動(dòng)性電弱的對稱性破壞可能在連續(xù)兩個(gè)階段發(fā)生于早期宇宙中的證明。大約十年前，Michael Ramsey-Musolf教授和他當(dāng)時(shí)的學(xué)生Hiren Patel提出了這種可能的理論框架，該理論是在微擾理論的框架下進(jìn)行分析的。本次研究采用有效場論和格點(diǎn)計(jì)算相結(jié)合的方法，確認(rèn)了十年前的分析結(jié)果，并能進(jìn)一步確定每階段相變的性質(zhì)（一階相變或平滑交越）。這些結(jié)果對于揭示宇宙重子不對稱和原始引力輻射的理論機(jī)制具有深刻而重要的意義。

第三篇題為Left-Right Symmetry and Leading Contributions to Neutrinoless Double Beta Decay （左右對稱性和無中微子雙β衰變的主要貢獻(xiàn)）Phys. Rev. Lett. 126, 151801(2021)，手性有效場理論要求了長程作用和介子交換等機(jī)制，論文展示了這些機(jī)制對無中微子雙β衰變的貢獻(xiàn)是如何顯著影響了其理論解釋的——這是由于尚未觀測到的輕子數(shù)破壞過程及其與輕中微子質(zhì)量的限制存在相互關(guān)聯(lián)性，該限制來源于天體物理。這項(xiàng)研究的結(jié)果是在最小左右對稱模型的背景下進(jìn)行的，表明即使在遵從中微子正常質(zhì)量序與未來的天體物理對于輕中微子質(zhì)量和有進(jìn)一步限制的情況下，下一代噸級雙β衰變實(shí)驗(yàn)仍然存在取得重大發(fā)現(xiàn)的可能性。該發(fā)現(xiàn)有可能比最小三輕馬約拉納中微子理論框架更有意義。

Michael Ramsey-Musolf教授表示，這三篇論文的工作是由三個(gè)不同的國際合作團(tuán)隊(duì)同步進(jìn)行的。在全球新冠疫情的大背景下，國際合作研究也不可避免地受到了不少影響。他作為三個(gè)團(tuán)隊(duì)的牽頭人，協(xié)調(diào)著橫跨20個(gè)時(shí)區(qū)、五大洲的科學(xué)家們通過各類在線協(xié)作會(huì)議進(jìn)行溝通。另外他也著重于培養(yǎng)博士后與博士生開展獨(dú)立研究與項(xiàng)目合作的能力——這對于疫情時(shí)代高效地開展遠(yuǎn)程在線合作研究的新工作模式尤為重要。

關(guān)于未來的研究計(jì)劃，Michael Ramsey-Musolf教授表示，他將繼續(xù)在上海建設(shè)一個(gè)世界領(lǐng)先的早期宇宙量子場理論研究項(xiàng)目，牽頭國際與國內(nèi)高能與核物理的前沿理論研究，并招募世界上最有才華的學(xué)生和博士后共同參與。此項(xiàng)研究將包括發(fā)展有限溫度和非平衡量子場理論的理論方法，將它們應(yīng)用于早期宇宙的粒子物理，以及描繪理論思想和計(jì)算的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。