近日,中国科学院高能物理研究所理论物理室贾宇课题组及合作者在B工厂上双
产生过程的精确预言方面取得重要进展。首次在非相对论性量子色动力学(NRQCD)框架下计算了该过程的双圈QCD修正，为未来Belle 2实验寻找该稀有产生过程提供了重要的理论参考。该成果于10月18日发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.131.161904 (2023) )。
B工厂上双粲偶素遍举产生过程是研究微扰QCD和非微扰QCD如何交织的理想平台，是QCD领域近二十年来的热点研究方向之一。e+ e-→
过程具有极其干净的实验信号, 但至今尚未被探测到。早期美国学者给出的领头阶预言展示其截面相当可观。2008年高能所龚斌和王建雄研究员计算了此过程的次领头阶QCD修正，发现单圈修正很大且为负，从而被认为一定程度上解释了实验上为什么没有探测到此过程。
贾宇课题组及合作者首次计算了此过程的次次领头阶微扰修正。通过对潜在因子化破坏的双圈图的红外极点的分析，验证了NRQCD因子化在双圈水平以非平庸的方式成立。另外，他们发现双圈修正为负且比单圈修正还重要，预示着传统的NRQCD方法对此过程丧失了预言能力 (图1和表1)。
作者发现双光子独立碎裂产生双
的高阶费曼图是导致微扰不收敛的主要原因。他们的改进方案是将微扰固定阶的振幅以规范不变的方式分解为碎裂 及非碎裂部分。对于前者，采用实验上精确测量的
轻子衰变宽度作为输入参数，等价于将碎裂部分对应的所有阶微扰修正重求和，从而有效规避了微扰不收敛性困难；对于后者则通过传统的NRQCD因子化方法计算。研究表明优化后的NRQCD预言的微扰收敛性变得很好。作者给出了迄今为止最为精确的角分布及总截面的预言(图1和表1)。结论是未来超级B工厂上有希望观测到此过程。
该工作涉及6条外腿的双圈费曼图计算，是当前量子场论微扰修正领域最具挑战的课题之一。该工作被两位审稿人誉为“theoretical milestone”和“heroic calculation”。
论文作者是西南大学的桑文龙教授，中国矿业大学(北京)的冯锋副教授，贾宇研究员及高能所博士研究生莫哲文、潘济陈、张佳玥。该工作受到国家自然科学基金委的杰出青年基金及中德合作基金资助。
图1：e+ e-→
过程的
角分布。左图是传统的NRQCD预言，右图是优化的NRQCD预言。
表1：e+ e-→
过程的积分截面。第二行是传统的NRQCD预言，第一行是优化的NRQCD预言。
成果链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.161904
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