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李政道研究所Michael Ramsey-Musolf教授团队连续发表三篇顶级期刊论文

近日,李政道研究所Michael Ramsey-Musolf教授及其合作者在顶级期刊《物理评论快报》上发表三篇论文。这三篇论文从今年2月底起的两周内陆续被接收,研究成果涵盖了从低能级电弱精确计算到早期宇宙粒子物理等领域的研究。

第一篇题为Parity Violating Moller Scattering at NNLO: Closed Fermion Loops (宇称破坏Moller散射的次次领头阶计算:费米子闭合圈图) Phys. Rev. Lett. 126, 131801(2021),第一次完成了标准模型两圈图(NNLO)电弱辐射对宇称破坏电子-电子散射的完整计算。该结果为美国Jefferson实验室即将进行的MOLLER实验(耗资5000万美元的开创性实验项目)提供最精确的测定低能量弱混合角的理论依据,并提供探测可能的轻Z'玻色子或带双电荷的希格斯玻色子的实验解释。标准模型两圈图电弱辐射修正的精确理解对于解释实验中可能的“新物理”现象的理论至关重要。

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第二篇题为Thermodynamics of a Two-Step Electroweak Phase Transition (两阶段电弱相变的热力学)Phys. Rev. Lett. 126, 171802(2021), 阐述了第一个非扰动性电弱的对称性破坏可能在连续两个阶段发生于早期宇宙中的证明。大约十年前,Michael Ramsey-Musolf教授和他当时的学生Hiren Patel提出了这种可能的理论框架,该理论是在微扰理论的框架下进行分析的。本次研究采用有效场论和格点计算相结合的方法,确认了十年前的分析结果,并能进一步确定每阶段相变的性质(一阶相变或平滑交越)。这些结果对于揭示宇宙重子不对称和原始引力辐射的理论机制具有深刻而重要的意义。

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第三篇题为Left-Right Symmetry and Leading Contributions to Neutrinoless Double Beta Decay (左右对称性和无中微子双β衰变的主要贡献)Phys. Rev. Lett. 126, 151801(2021),手性有效场理论要求了长程作用和介子交换等机制,论文展示了这些机制对无中微子双β衰变的贡献是如何显著影响了其理论解释的——这是由于尚未观测到的轻子数破坏过程及其与轻中微子质量的限制存在相互关联性,该限制来源于天体物理。这项研究的结果是在最小左右对称模型的背景下进行的,表明即使在遵从中微子正常质量序与未来的天体物理对于轻中微子质量和有进一步限制的情况下,下一代吨级双β衰变实验仍然存在取得重大发现的可能性。该发现有可能比最小三轻马约拉纳中微子理论框架更有意义。

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Michael Ramsey-Musolf教授表示,这三篇论文的工作是由三个不同的国际合作团队同步进行的。在全球新冠疫情的大背景下,国际合作研究也不可避免地受到了不少影响。他作为三个团队的牵头人,协调着横跨20个时区、五大洲的科学家们通过各类在线协作会议进行沟通。另外他也着重于培养博士后与博士生开展独立研究与项目合作的能力——这对于疫情时代高效地开展远程在线合作研究的新工作模式尤为重要。

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关于未来的研究计划,Michael Ramsey-Musolf教授表示,他将继续在上海建设一个世界领先的早期宇宙量子场理论研究项目,牵头国际与国内高能与核物理的前沿理论研究,并招募世界上最有才华的学生和博士后共同参与。此项研究将包括发展有限温度和非平衡量子场理论的理论方法,将它们应用于早期宇宙的粒子物理,以及描绘理论思想和计算的实验检验。

李政道研究所
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