近日，粒子物理理论团队刘天博教授与国际合作者在强相互作用耦合常数研究中取得进展，利用物理量的解析性质将全息量子色动力学在非微扰能区的耦合常数拓展到微扰能区，与实验数据很好符合。研究结果以“QCD running coupling in the nonperturbative and near-perturbative regimes”为题发表在《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 133, 181901.）。

量子色动力学（QCD）是描述强相互作用的基本理论，耦合常数α_s表征了相互作用强度，是QCD最重要的理论参数。根据渐近自由特性，在高能标时α_s较小，微扰QCD适用且得到实验精确检验，α_s的值也在高阶微扰论下被很好地抽取。但随着能标下降，α_s数值增大，微扰论失效并且出现非物理的朗道极点。对耦合常数的完整描述需要兼顾微扰与非微扰能区，反映短程夸克胶子自由度向长程强子渐近态的转变。

在量子场论框架下对耦合常数的定义存在一定自由度，选取g₁方案将其与Bjorken和对应，则赋予QCD有效耦合常数以物理观测量的含义。Bjorken和的测量不受限于微扰论，但作为类空观测量应在全区域具有解析性。在紫外极限，微扰QCD给出耦合常数随能标变化的对数依赖行为，同时引入了具有质量量纲的参数Λ。在红外极限，借助全息光前QCD的结果，耦合常数有高斯形式能标依赖行为，具有质量量纲的模型参数κ可由强子谱确定。研究发现类空有效耦合常数的解析性对κ给出严格限制，并且在最大全纯假定下κ由Λ唯一确定。如下图所示，这一理论结果不仅有效规避了非物理的朗道极点，并且在非微扰能区至几个GeV的微扰能区都能很好地描述实验数据。

这一结果推进了对完整描述全能区强相互作用耦合常数的探索，为理解强相互作用非微扰性质提供新的启发。该研究得到国家自然科学基金委员会的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.181901