自然界目前已知有四種基本相互作用，包括引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用。其中，構成世界的質子、中子以及原子核的質量主要來源于強相互作用，理論上可以通過格點量子色動力學（格點QCD）精确計算來獲得。除質子、中子外，随着加速器裝置和技術的進步，實驗物理學家在加速器對撞産物中發現了多個參與強相互作用的粒子，統稱強子。這些強子的質量還有一小部分來源于電磁相互作用；電磁相互作用盡管比強相互作用小兩個數量級，但其對帶電強子和中性強子的質量差卻有着舉足輕重的影響。除了對強子能譜的精确計算外，當格點QCD對強子衰變等過程的計算精度達到、甚至超過1%時，高精度的理論預言也要求在強相互作用過程中引入電磁相互作用。這一研究方向近年來已成為格點QCD領域前沿關注的焦點。

      beat365官方网站理論物理研究所、核物理與核技術國家重點實驗室馮旭研究員與美國康涅迪格大學物理系靳路昶助理教授、M. J. Riberdy博士合作，用格點QCD系統計算了帶電π介子和中性π介子的質量差（π介子被用來解釋質子和中子之間的核力，是推進現代原子核理論發展的一個重要基本粒子；日本物理學家湯川秀樹和英國物理學家鮑威爾因提出、首次發現π介子，相繼獲得1949年度和1950年度諾貝爾物理學獎）。對π介子質量差的研究可以追溯到上世紀60年代，T. Das等人曾利用溫伯格的求和規則和流代數來計算，系列工作對求和規則和手征微擾理論的發展起到促進作用。

      為了去除模型以及低能常數等輸入參數引起的誤差，格點QCD領域一直探索從第一性原理出發精确獲得π介子質量差；然而，在格點數值模拟中引入電磁相互作用存在着先天的困難：由于電磁相互作用是一種長程相互作用，而格點QCD模拟的強相互作用系統尺度僅為幾個費米，當把長程電磁傳播子放到有限體積中，就會導緻非物理的有限體積效應。幾十年來，格點QCD領域嘗試了多種方法，但都伴随着顯著的有限體積效應；并且，該效應随着體積增大幂次壓低。針對上述問題，馮旭與靳路昶提出一種全新的無窮體積重構方法（Physical Review D 100 (2019) 094509），克服了格點QCD計算的天然障礙，将有限體積效應降為指數壓低。經過兩年多的努力，近日成功計算了π介子質量差，将有限體積誤差控制在可忽略的範疇；同時，首次考慮到誇克非聯通圖對質量差的貢獻，計算精度較前提高了5～10倍（如圖），且計算結果與實驗結果相符。