正反電子湮滅産生正反重誇克對是一個非常基本的粒子物理過程，對其進行精确理論預言極為重要。beat365官方网站理論物理研究所馬滟青教授課題組前後花費四年時間努力，最終把該問題的世界最高理論精度推向全新高度。2024年3月7日，論文以“輕子對撞機上正反重誇克對産生的量子色動力學三階貢獻”（Heavy-Quark Pair Production at Lepton Colliders at NNNLO in QCD）為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

圖1：正反電子湮滅并産生正反重誇克的示意性費曼圖。

正反電子湮滅總截面與正反電子湮滅産生正反謬子截面之間的比值稱為R值。曆史上，通過實驗掃描R值在不同質心能量下的變化行為，對比理論預言，不僅确定了量子色動力學（QCD）是SU(3)規範理論，還發現了大量新粒子。随着實驗精度越來越高，R值為精确确定QCD低能非微擾量和精确檢驗粒子物理标準模型提供了很好的機遇。基于實驗數據抽取感興趣的物理信息亟需理論提供更精确的預言。

正反電子湮滅的總截面分為正反電子湮滅産生輕誇克的截面和産生正反重誇克的截面。前者的理論計算相對簡單，十多年前已經有了四階微擾QCD計算結果，理論誤差得到了很好的控制。重誇克質量标度的存在導緻後者的理論計算困難度大幅增長，理論精度隻停留在二階微擾論的結果。過去十五年中，人們對正反電子湮滅産生正反重誇克的截面的三階微擾論貢獻做了諸多努力，雖取得了一定的進展但始終未能徹底解決。

微擾論計算正反電子湮滅産生重誇克截面的主要難點涉及極複雜的費曼圈積分的計算，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、高效計算一般性費曼圈積分的方法，最終完整計算了正反電子湮滅産生正反重誇克的截面的三階微擾論貢獻，把該問題的理論精度推向全新高度，為相關物理問題的研究提供了重要的理論支撐。

圖2：微擾論不同階貢獻随s/m²的變化。

馬滟青課題組研究生陳相、關鑫（目前是斯坦福大學SLAC博士後）、何傳奇（目前是華南師範大學博士後）、劉霄（目前是牛津大學博士後）均做出了重要貢獻。該項工作得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、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.132.101901