2021年12月10日，中山大学物理与天文学院理论物理团队尧江明教授与密西根州立大学Roland Wirth博士后、Heiko Hergert副教授合作在Physical Review Letters上在线发表了题为“Ab initio calculation of the contact operator contribution in the standard mechanism for neutrinoless double beta decay”的研究论文。通过原子核第一性原理计算揭示了标准机制中的短程跃迁算符对无中微子双贝塔衰变过程具有明显的增强作用。 研究结果为从相关实验测量数据来限制中微子质量提供重要的核矩阵元信息。研究结论对于国内外正在以及即将升级吨量级探测装置并开展相关实验探索是一个好消息。

无中微子双贝塔衰变是当前国际上粒子物理与核物理研究领域的重要科学前沿，是可能突破粒子物理标准模型的研究方向之一。 通过寻找原子核无中微子双贝塔衰变有望回答或者解决一些基本的科学问题，包括轻子数是否守恒，中微子是否具有马约拉纳属性以及中微子的绝对质量标度等。 这些问题的回答以及解决有助于理解宇宙中正反物质不对称之谜等重大科学问题。鉴于无中微子双贝塔衰变的重要研究意义，我国自然科学基金委-中国学科发展战略、美国能源部-核物理长期发展规划以及欧洲科学长期发展规划书中, 都把无中微子双贝塔衰变研究列为优先资助的大科学项目。

在无中微子双贝塔衰变研究中，核矩阵元大小直接决定衰变的快慢，影响中微子质量确定的精度。因此核矩阵元的研究是最关键的理论研究课题之一。随着超级计算机的发展以及重整化群在核物理中的应用，原子核结构与衰变性质的第一性原理计算在过去十年得到快速发展。近年来，国际上已经实现了无中微子双贝塔衰变最轻候选原子核矩阵元的第一性原理计算。在这些计算中，采用了基于标准衰变机制对应的长程跃迁算符。人们通过研究两中子到两质子的跃迁振幅发现，还需要考虑短程跃迁算符的贡献。由于缺乏实验数据，如何确定该短程跃迁算符的低能耦合常数一直是待解决的关键科学问题。

在该工作中，中山大学物理与天文学院理论物理团队尧江明教授与密西根州立大学Roland Wirth博士后、Heiko Hergert副教授合作，从几种常用的原子核手征核力出发，通过重新计算两中子到两质子的跃迁振幅，结合最新的理论结果，确定了与这些手征核力匹配的无中微子双贝塔衰变短程跃迁算符中的低能耦合常数。并且通过原子核波函数的从头计算，定量给出了该短程跃迁算符对轻核以及最轻候选核48Ca无中微子双贝塔衰变矩阵元的影响。研究发现，短程跃迁算符对不同核的衰变核矩阵元均表现出增强效应。特别地，最轻候选核48Ca的核矩阵元增大了43(7)% 。预期这种增强效应同样会出现在实验上更关注的候选核中，如76Ge, 82Se, 100Mo, 136Xe等。该结论对在我国锦屏地下实验室和江门中微子实验室开展无中微子双贝塔衰变的测量工作具有积极的影响。预期不久，有望结合格点QCD对两中子到两质子跃迁振幅的计算结果，实现对短程跃迁算符贡献更准确的确定。

该工作Roland Wirth博士后以及尧江明教授为共同第一作者兼共同通讯作者，Heiko Hergert副教授为共同通讯作者。该研究得到了中山大学中青年杰出人才“百人计划“资助。