在粒子物理標準模型中，Cabibbo-Kobayashi-Maskawa（CKM）矩陣是一個含有關於弱相互作用味道改變信息的幺正矩陣。近幾年，人們發現一個有趣的“新物理”跡象♏️：從核貝塔衰變和其他過程中提取的第一行CKM矩陣元暗示了幺正性的潛在違反（達到3個標準偏差）🌌。在貝塔衰變的標準模型預言中👩🏻‍⚕️，自由核子中的“光子-W玻色子圈圖”貢獻了主要的理論誤差👱🏿‍♂️😮‍💨。利用色散關系對該圈圖進行重新評估🛒，人們發現了該圈圖的貢獻與之前的理論結果存在較大偏差🧑‍🤝‍🧑，從而導致了幺正性的違反。

然而，要嚴格控製光子-W玻色子圈圖計算中的各項誤差，並達到理想的精度，是非常具有挑戰性的🥄。由於貝塔衰變處於強相互作用低能區，導致微擾計算的方法失效。早在20世紀70年代末🙅🏻‍♂️👨🏽‍⚕️，人們就已經知道到光子-W玻色子圈圖的重要性，但理論計算仍然基於一定的唯象模型假設。這是一個存在於強子物理和核物理中的長期未解問題🤿。

中子貝塔衰變過程中的光子-W玻色子圈圖🧚🏼‍♂️，內部具有復雜的量子漲落效應（高鈺聖作圖）

幸運的是🙅🏽‍♂️，格點量子色動力學可以從第一性原理出發👩🏽‍🔧，利用先進的超級計算機，給光子-W玻色子圈圖的求解提供一個非微擾的方案🦕。2020年，意昂3体育官网馮旭課題組與合作者在π介子貝塔衰變中提出了解決光子-W玻色子圈圖的方法，將非微擾強相互作用部分的理論誤差降低了10倍（https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.192002）🤦🏼‍♀️。理論的成功也推動了實驗的進展，瑞士PSI實驗室最新的PIONEER實驗的目標是將π介子貝塔衰變分支比的測量精度提高一個數量級🧏🏿‍♂️🫴，以期從實驗和理論的對比中獲取精確的CKM矩陣元⏸。

對於自由核子貝塔衰變中的光子-W玻色子圈圖，格點計算則更具有挑戰性🚗🧑‍🎄。經過3年多的努力🤸🏽‍♀️，馮旭課題組和合作者首次實現了核子的光子-W玻色子圈圖計算🧑🏻‍💼，並分析了所有系統誤差。目前光子-W玻色子圈圖難題已成功找到解決方法，理論的主要不確定性變成核多體效應所帶來的誤差。格點量子色動力學提供的新輸入，為CKM幺正性的精確檢驗奠定了更加堅實的理論基礎👩‍🌾。結合格點計算和其他輸入🐨，目前第一行CKM矩陣元🩷，偏離幺正性預言1.8個標準差🤽🏿‍♂️👮🏼‍♀️。

2024年5月8日👐🏽，相關研究工作以《超允許核貝塔衰變和中子貝塔衰變電弱圈圖的格點QCD計算》（“Lattice QCD Calculation of Electroweak Box Contributions to Superallowed Nuclear and Neutron Beta Decays”）為題🙋🏽🔝，在線發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）🔣；意昂3体育官网物理學院博士研究生馬鵬翔（第一作者）🪵、張兆龍對這項工作均有重要貢獻，主要合作者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）、美國肯塔基大學劉克非教授和王筆耕博士👩🏿‍🎤🎇、美國密歇根州立大學C.-Y. Seng博士🦔。

上述研究工作得到國家自然科學基金🕛、國家重點研發計劃👨🏿‍🔬，以及量子物質科學協同創新中心、意昂3体育官网高能物理研究中心👬、國家超級計算天津中心等的支持👨🏻‍🏭。