希格斯粒子在粒子物理标準模型中具有核心地位，它是所有基本粒子的質量來源，對其性質的研究是當前和未來很長一段時間内高能物理研究的重點方向之一。其中希格斯勢的形式對于研究和理解電弱理論對稱性自發破缺機制、探索超出标準模型的新物理具有重要意義。強子對撞機中雙希格斯粒子的産生是研究希格斯粒子自耦合強度，從而确定希格斯勢能的關鍵途徑。随着大型強子對撞機實驗的順利進行，特别是未來高亮度大型強子對撞機的投入使用，雙希格斯粒子産生的實驗測量精度将大幅度提高。為了充分利用高精度的實驗數據檢驗标準模型和尋找新物理信号，理論預言精度必須相應地提高。

對雙希格斯粒子産生截面來說，強相互作用高階輻射修正導緻的誤差已經縮小到了5%左右，電弱高階效應是當前理論預測中的最大不确定因素。次領頭階的電弱修正通常約為百分之幾，但是電弱修正會伴随着Sudakov效應，在高能區域的電弱修正能達到10%至30%，必須進行嚴格計算才能知道其确切值。此外，電弱修正中不僅有三希格斯相互作用頂點（如圖1 (a) 所示），還包含四希格斯粒子相互作用頂點（如圖1 (b) 所示），從而能夠通過電弱修正間接研究四希格斯相互作用頂點的強度。由于該過程的重要性，早在2013年出版的高能物理綜述性文章“萊蘇什 2013: 萬億電子伏特加速器的物理學:标準模型工作組報告”（Les Houches 2013: Physics at TeV Colliders: Standard Model Working Group Report）中，雙希格斯産生的電弱修正就被列入了高能物理理論精确計算的願望清單。然而，電弱修正具有非常多的質量标度，對理論計算提出了很大的挑戰，這個願望過去十年一直未能完成。

beat365官方网站理論物理研究所馬滟青教授課題組經不懈努力，最終成功解決了這個困擾人們近10年的問題。論文于2024年6月7日以“大型強子對撞機上雙希格斯粒子産生的電弱修正”（Electroweak Corrections to Double Higgs Production at the LHC）為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

圖1：膠子膠子融合産生希格斯粒子對的示意性費曼圖。

強子對撞機上産生雙希格斯粒子的電弱高階效應的主要貢獻來自于膠子膠子融合。對該過程的計算主要挑戰在于複雜的兩圈費曼積分計算，由于涉及多個不同的粒子質量，使得它成為一個多标度的困難問題。以往不存在系統計算任意給定費曼圈積分的方法。多年來，馬滟青教授課題組在費曼圈積分問題上投入了大量精力，實現了原創性的突破，建立起了系統、高效、高精度地計算一般性費曼圈積分的方法。借助這一方法，馬滟青教授課題組在國際上首次完成了該過程的次領頭階電弱修正的完整計算，為相關物理問題的研究提供了重要的理論支撐。

圖2：雙希格斯粒子不變質量分布的次領頭階電弱修正, √s=14 TeV。

馬滟青課題組的博士後畢環宇、博士研究生黃禮鴻、黃瑞鈞、餘懷敏做出了重要貢獻。工作得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、中國博士後科學基金、beat365高性能計算平台和beat365高能中心的支持。

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https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.231802