理论物理的计算极限又被刷新了。据《中国科学报》报道,中国科学院理论物理研究所研究员何颂带领李想、景继荣两名学生,运用共同发展的新方法,在人工智能辅助下,完成了最大超对称杨-米尔斯理论中两类六粒子散射振幅(MHV 和 NMHV)的九圈、十圈“符号”计算。在大量前期准备的基础上,九圈计算的实际运行时间不超过半天;进一步提高效率后,两类振幅的十圈计算又在一天内完成。
要理解这项工作的分量,得先知道“圈”是什么。在高能物理中,散射振幅是计算粒子碰撞后各种结果出现概率的核心量,是理论预言与对撞机实验之间的“桥梁”。最大超对称杨-米尔斯理论被称作“21世纪的氢原子”,是研究散射振幅的理想实验室。“圈数”代表量子修正的层次,圈数越高,表达式越庞大,计算时间、内存需求和实现难度也 exponential 级增长。过去十多年,自举方法把这类计算推向更高圈:2023 年,理论物理学家 Lance Dixon 与合作者才推进到八圈。
把对称性用到每一步:方法创新是关键
何颂团队真正的突破不在算力,而在方法。两名学生没有把对称性只留到最后用于筛选检查,而是共同发展了把对称性贯穿每一步计算的新方法:从一开始就按不同数学对象之间的对称关系,把庞大问题拆成更容易处理的部分,大幅减少重复工作和内存需求。在此基础上,他们已能在一台工作站上构造高圈计算所需的庞大候选空间。
AI 在其中扮演的角色很具体:协助完成施加物理条件时的繁琐计算,以及部分流程的自动化。何颂特别强调,两名学生并非只是使用 AI 和现成工具,而是共同发展了新方法。在他看来,AI 进步越快,越要重视人的培养——能提出新问题、创造新方法,比展示 AI 能完成多难的计算重要得多。
中美团队几乎同时抵达,相约开源工具
几乎同期,美国 Anthropic 公司也宣布借助 Claude 完成了九圈计算,但得到的是其中一类 MHV 振幅的函数结果;何颂团队则完成了两类振幅的“符号”计算,即确定了答案的关键数学结构。利用 MHV 振幅与三点形状因子的对偶关系,团队还得到了三点形状因子的十圈“符号”结果,其项数超过五千亿项。
何颂表示,这项工作的意义不止于刷新纪录,更重要的是把算法和计算步骤积累成可复用的工具,后续同类研究不必从头开始——像是为理论物理搭建新的“基础设施”。团队计划将新算法纳入自动化程序包 AsymBoot,让这些改进成为后续研究可以反复使用的工具。当 AI 成为科研标配,方法论的创新反而成了最稀缺的竞争力。