近期，中国科学院高能物理研究所理论物理研究室研究员李钊课题组与合作者组建的合作团队取得了一项突破性成就。他们成功计算了顶夸克衰变宽度和底夸克b至u半轻衰变过程的在量子色动力学的次次次领头阶水平上的精确理论结果。这是目前全球最精确的理论计算成果，其研究成果已被美国物理学会的Physical Review D期刊以快报形式发表，并荣获编辑推荐（Editors’Suggestion）的荣誉，同时在期刊网站的亮点栏目中得到特别展示https://journals.aps.org/prd/highlights。
顶夸克作为已知的最重基本粒子，其特性对于验证标准模型和探寻新物理现象具有举足轻重的作用。顶夸克的衰变宽度是其基本属性的关键，它决定了顶夸克的寿命长度。由于顶夸克参与强相互作用，因此在精确计算其衰变宽度时，必须将包括胶子辐射效应在内的量子色动力学的高阶修正考虑在内。次领头阶修正的计算在20世纪90年代便已完成；而次次领头阶的完整数值结果则在2013年被首次得出，次次领头阶的完整解析结果则在2022年由王健等人的合作团队完成。本次科研突破，即对于顶夸克衰变过程的次次次领头阶的计算过程，极具挑战性，涉及到了对多圈带质量传播子的费曼积分的复杂处理。
在这项研究中，研究团队首先运用光学定理将衰变宽度与顶夸克自能图的虚部建立了联系，随后利用现代方法处理费曼积分，将积分问题转化为解微分方程的问题，并将结果以调和多对数函数的形式表达出来，这是一种对数函数多重积分的推广。同时还公开发布了一种程序包，以便于科研人员能够快速且准确地进行计算。在顶夸克质量设定为172.69 GeV的情况下，他们得到了顶夸克衰变宽度的理论预言值，精确到1.321 GeV。对于其他顶夸克质量，理论预言结果如下图所示：
此外，研究团队还成功预测了底夸克b至u半轻衰变过程中的轻子不变质量谱和衰变宽度的精确理论值。这些成果将极大地助力实验物理学家更精确地确定描述夸克混合的CKM矩阵元 。
这项研究的成功离不开多方的合作与支持，包括广州大学陈龙斌副教授、山东大学王健教授和李海涛教授、以及南京师范大学王烨凡副研究员。此外，研究还得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者项目和广东省自然科学基金等机构的资助。
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