beat365官方网站理論物理研究所馮旭研究員課題組與康涅迪格大學靳路昶助理教授合作，首次用格點量子色動力學（格點QCD）研究缪氫原子蘭姆位移，成功獲得雙光子交換對蘭姆位移的修正。2022年4月29日，相關工作以“缪氫蘭姆位移雙光子交換貢獻的格點QCD計算”（Lattice QCD Calculation of the Two-Photon Exchange Contribution to the Muonic-Hydrogen Lamb Shift）為題在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

質子是構成物質世界的基本粒子之一，它具有複雜的内部結構，由帶電的誇克和不帶電的膠子組成。質子内部的電荷分布半徑，通常也被用來衡量質子的大小。2010年，物理學家通過精确測量缪氫原子（氫原子中的電子被替換成缪子）蘭姆位移，捕捉到質子内部電荷分布對缪氫原子能級造成的微小影響，從而确定了電荷分布的半徑。盡管缪氫光譜實驗的精度遠高于其他實驗，但從中獲得的電荷分布半徑較此前全球實驗平均值相差了5個标準差——這就是所謂的質子大小之謎。2019年，最新的電子-質子散射和氫原子光譜實驗與缪氫實驗結果符合，預示着質子大小之謎正在逐步得以破解，實驗上的分歧也在逐漸縮小。

迄今為止，缪氫光譜實驗依然是獲取質子電荷半徑最精确的實驗手段。光譜學高精度測量使得QCD的貢獻在理論與實驗對比中愈加舉足輕重。事實上，從缪氫蘭姆位移中提取電荷分布半徑，最主要的理論誤差就來源于非微擾QCD主導的雙光子交換費曼圖。為此，beat365官方网站理論物理研究所馮旭研究員課題組與康涅迪格大學靳路昶助理教授合作，解決了雙光子圖的紅外發散問題，發展了全新的長程減除方案來降低統計誤差，并依托中國超算天津中心“天河三号”超級計算機首次實現了雙光子圖的格點計算（如圖）。在此基礎上，他們拟進一步開展更為系統、精度更高的計算，以期最終解決“質子究竟有多大”這一基本科學問題。

與此同時，馮旭課題組的研究表明，格點方法還可用于研究超精細光譜等其他重要的光譜學物理量。将格點QCD研究拓展至原子光譜學，為誇克和膠子尺度的高能物理研究與極高精度的原子光譜學研究構建跨學科的橋梁，這也将是北大格點團隊未來的工作重點之一。

氫原子與缪氫原子（左）；雙光子交換費曼圖（右）

雙光子交換貢獻的格點QCD計算結果（右）

2022年4月29日，相關研究工作以“缪氫蘭姆位移雙光子交換貢獻的格點QCD計算”（Lattice QCD Calculation of the Two-Photon Exchange Contribution to the Muonic-Hydrogen Lamb Shift）為題，在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）；beat365官方网站2018級博士研究生傅楊為論文的第一作者，2018級本科生陸辰飛參與了部分計算和數據分析。

上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃，及量子物質科學協同創新中心、beat365高能物理研究中心、國家超級計算天津中心等支持。

論文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.172002