格点量子色动力学——超级计算机上的虚拟实验室 冯旭

渐近自由（04诺奖）强相互作用在高能标下耦合常数很小，

色禁闭

质子带来的困惑（一）

质子大小之谜

·用电子来测量质子电荷分布半径

·用缪子（muon）来岑量质子电荷分布半径，精度更高

测出来不一样？！

质子自旋危机——三十年的困惑

1987年，欧洲EMC实验观测到约30%质子自旋来源于夸克的自旋，剩下的70%来源于夸克轨道角动量和胶子轨道角动量……?

质子质量来源

·胶子无质量，夸克的质量只有5MeV而质子的质量为938MeV

·爱因斯坦质能关系推出夸克和胶子相互作用的能量体现为质子的质量 如何体现？

质子的寿命

·中子寿命为15min可以通过\(\beta\)衰变转化为质子

质子却非常稳定：日本神冈实验本是想找质子衰变，但没找到，确定质子寿命>10^33年

中子-质子质量差

·质量差的两个来源

​ u、d夸克的质量差

​ u、d夸克的电荷不同

·假设两种夸克质量相同，那么根据库伦排斥效应

·up夸克和down夸克的质量差

加深我们对核子结构的理解

电子-离子对撞机（EiCc）

QCD：高能微扰和低能非微扰的结合

如何用QCD来计算实验观测值（小尺度和大尺度共存）？

QCD因子化

将物理过程分为小尺度、高能标的部分和大尺度、低能标的部分

前者通过微扰计算

后者通过实验数据的global fit 来得到

格点QCD——非微扰地出处理低能强相互作用

通过高性能并行计算

1974诺贝尔奖获得者K.G.Wilson开创格点QCD

强相互作用耦合常数趋于无穷，解析计算得到夸克间的势能随距离的增加线性增长

计算机上的第一个数值模拟由M.Creutz在1979实现

格点QCD首个轻强子谱

未来几年，QCD计算机进入eflop阶段

格点上的QCD

QCD格点离散化

夸克场位于格点上，\(\psi(x),x_\mu=n_\mu a\)

胶子场由格点之间的链接来表示

进行上百万维的积分

格点QCD的发展主要依靠：超算的发展、算法的改进、格点QCD研究手段的突破

用超级计算机寻找标准模型以外的新物理

标准模型 61种基本粒子和反粒子

光子传递电磁相互作用

胶子传递强相互作用

W&Z Bosons传递弱相互作用

引力子传递引力相互作用，但还没找到

Higgs粒子发现是标准模型的完美结局吗？

-标准模型包含26个自由参数，是不是太多了？

-为什么发现的是三代夸克和轻子？有第四代会怎样？

-为什么三代粒子之间的质量差别那么大？

-正反物质为什么不对称？反物质的那个世界去哪儿了？

​ 标准模型的CP破坏还太小

-引力相互作用还没被统一

-暗物质、暗能量

高能物理的三个前沿

三个前沿领域来寻找标准模型外的新物理

宇宙学前沿Cosmic frontier

高能量前沿High-energy frontier

高精度前沿High-intensity frontier

QCD带来的挑战

标准模型=量子色动力学+电弱统一理论

例子1.缪子反常磁矩

例子2.K介子衰变与CP破坏

cp破坏：电荷共轭-空间反演联合对称性破缺

例子3.无中微子双\(\beta\)衰变