夸克与胶子如何构成核子，是粒子物理中物质组成研究的核心问题之一。第一性原理出发的格点量子色动力学（QCD）能对部分子分布函数（PDF）给出日益精确的理论模拟。但是理论预言Drell-Yan过程和半单举深度非弹性散射等过程需要核子的横向动量分布（TMD），这既是筹备中的中国电子离子对撞机和美国电子离子对撞机等实验装置的主要目标之一，也是对格点量子色动力学理论预言能力的重要检验。同时，轻赝标介子作为手征对称性自发破缺产生的赝Goldstone玻色子，其结构与对实验观测的影响一直受到关注。

　　理论上格点QCD模拟可以对上述问题提供从基本粒子相互作用出发的精确预言，但是格点上计算PDF、LCDA和TMD需要在多种格距、不同格点数的格子上进行高精度计算。同时，只有精确消除随格距减小指数增长的短程发散，才能得到可靠的连续极限预言。而将格点QCD计算边长增加一倍或者将格距缩小一倍，会带来在计算资源上16倍以上的开销。除了算法上的突破改进，只能通过使用更为强大的超级计算机来解决LQCD计算对计算资源的需求。

　　“东方”超级计算系统具有强大算力，LPC合作组基于该系统完成了最大3亿格点数的大规模模拟计算，证实结合Wilson圈的平方根与短距离强子矩阵元，可以有效地消除准TMD算符中所有短程发散，并在短程时与解析计算结果一致（图1）[1]; 同时基于最大2亿格点数的大规模计算，可以得到图2所示的LCDA理论预言[2]。两项研究工作于近期发表在物理学科的顶级杂志Phys. Rev. Lett.上。

　　LPC合作组成立于2019年，包括中科院理论所、近物所、上海交大和德国雷根斯堡大学等机构的研究人员，立足中国国内格点QCD研究人员和超算资源开展强子结构的研究。LPC合作组由中国科学院理论物理所杨一玻研究员担任发言人，为合作组的LQCD计算提供架构和方案设计、以及数值计算培训。依托中科院先导专项与“东方”超级计算系统的支持，合作组自成立以来已发表七篇文章，包括Phys.Rev.Lett.四篇，Phys.Rev.D两篇，Nuc.Phys.B一篇。

　　“东方”超级计算系统是中科院新一代超级计算机，由中国科学院计算机网络信息中心运行管理。系统基于X86架构的国产处理器和类GPU架构的国产加速卡，融合了计算机体系结构、高效制冷、高速网络、海量存储等方面的最新研究成果，突破了传统冷却方式，攻克了制约产业发展的能耗瓶颈，支撑了高性能计算、AI、大数据等在天文、海洋、材料等领域的应用，为科学探索、产业升级等提供支撑。

　　图1: 使用短程减除方案（右图）对准TMD矩阵元进行重整化的结果，不同颜色表示不同格距，颜色越暖格距越小。如图所示，短程减除方案可以得到收敛而与解析计算（虚线）在短程精确一致的结果。

　　图2: 格点QCD基于大动量有效理论对 介子（左图）和 介子（右图）的光锥分布振幅作出的预言（黄色条带），已外推到连续极限与大动量极限。与 介子的情形不同， 介子的光锥分布振幅具有较为明显的不对称性。对于目前计算中使用的强子动量，x<0.1与x>0.9区域的内秉能标过低，从而无法通过大动量有效理论给出可靠预言。

　　[1] J. Hua, et al., LPC, PRL129(2022),132001;

　　原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.132001

　　[2] K. Zhang, et al., LPC, PRL119(2022),082002,

　　原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.082002