GPT‑5.2 thu được một kết quả mới trong vật lý lý thuyết

Chúng tôi đã công bố một bản in trước mới cho thấy rằng một loại tương tác hạt mà nhiều nhà vật lý dự đoán sẽ không xảy ra thực tế có thể phát sinh trong những điều kiện cụ thể. Công trình nghiên cứu này tập trung vào gluon, các hạt mang lực hạt nhân mạnh. Bản in trước⁠(mở trong cửa sổ mới) có trên arXiv và đang được gửi để xuất bản. Trong lúc đó, chúng tôi hoan nghênh phản hồi từ cộng đồng.

Bản in trước, có tựa đề “Single-minus gluon tree amplitudes are nonzero,” do Alfredo Guevara (Viện Nghiên cứu Cao cấp), Alex Lupsasca (Đại học Vanderbilt và OpenAI), David Skinner (Đại học Cambridge), Andrew Strominger (Đại học Harvard), và Kevin Weil (OpenAI) thay mặt OpenAI đồng tác giả.

Bản in trước nghiên cứu một khái niệm trung tâm trong vật lý hạt gọi là biên độ tán xạ. Biên độ tán xạ là đại lượng mà các nhà vật lý dùng để tính xác suất rằng các hạt tương tác theo một cách cụ thể. Đối với gluon, các hạt mang lực hạt nhân mạnh, nhiều biên độ có dạng đơn giản một cách bất ngờ “at tree level” (nghĩa là các phép tính chỉ giữ lại những giản đồ đơn giản nhất, không có vòng lặp lượng tử). Những sự đơn giản hóa này đã nhiều lần làm lộ ra cấu trúc sâu hơn trong lý thuyết trường lượng tử, khuôn khổ cung cấp một mô tả về vật lý thống nhất thuyết tương đối hẹp với cơ học lượng tử.

Tuy nhiên, một trường hợp nhìn chung đã được coi là không tồn tại (có biên độ bằng không). Khi một gluon có helicity âm (nghĩa là một trong hai hướng spin có thể có của một hạt không khối lượng) và $n-1$ gluon còn lại có helicity dương, các lập luận tiêu chuẩn trong sách giáo khoa gợi ý rằng biên độ mức cây tương ứng phải bằng không. Do đó, cấu hình này phần lớn đã bị loại bỏ.

Bản in trước cho thấy kết luận này quá mạnh mẽ. Lập luận tiêu chuẩn giả định các xung lượng hạt là tổng quát, nghĩa là các hướng và năng lượng không ở trong bất kỳ sự thẳng hàng đặc biệt nào. Chúng tôi xác định một phần cụ thể và được định nghĩa chính xác của không gian động lượng, nơi mà suy luận đó không còn áp dụng được nữa, được gọi là chế độ bán thẳng hàng. Ở đây, “bán đồng thẳng hàng” có nghĩa là các xung lượng của gluon tuân theo một điều kiện căn chỉnh đặc biệt không điển hình, nhưng được xác định rõ ràng về mặt toán học và nhất quán. Trên lát cắt này, biên độ không triệt tiêu, và chúng tôi tính nó trong một chế độ động học đặc biệt. Kết quả này mở ra nhiều câu hỏi mới sẽ là chủ đề của các nghiên cứu tiếp theo. Các mở rộng quan trọng bao gồm việc tính toán các biên độ tương tự cho graviton (các hạt làm trung gian cho lực hấp dẫn).

Một khía cạnh trung tâm của công việc liên quan đến phương pháp luận. Công thức cuối cùng, Eq. (39) trong bản preprint, lần đầu tiên được GPT‑5.2 phỏng đoán Pro. Các tác giả con người đã tính ra các biên độ cho số nguyên $n$ lên đến $n=6$ bằng tay, thu được các biểu thức rất phức tạp được trình bày trong Eqs. (29)--(32), tương ứng với một “khai triển giản đồ Feynman” có độ phức tạp tăng theo siêu lũy thừa trong n. GPT‑5.2 Pro đã có thể làm giảm đáng kể độ phức tạp của các biểu thức này, cung cấp các dạng đơn giản hơn nhiều trong Eqs. (35)–(38). Từ những trường hợp cơ sở này, sau đó nó có thể nhận ra một mẫu và đề xuất một công thức đúng cho mọi $n$.

Một phiên bản nội bộ được xây dựng dựa trên GPT‑5.2 sau đó đã dành khoảng 12 giờ để suy luận vấn đề, đưa ra cùng một công thức và tạo ra bằng chứng chính thức về tính hợp lệ của nó. Phương trình sau đó đã được kiểm chứng bằng phân tích để giải quan hệ truy hồi Berends-Giele, một phương pháp từng bước tiêu chuẩn để xây dựng các biên độ cây đa hạt từ các khối nền tảng nhỏ hơn. Nó cũng được kiểm tra đối chiếu với định lý mềm, vốn ràng buộc cách các biên độ ứng xử khi một hạt trở nên mềm.

Với sự trợ giúp của GPT‑5.2, các biên độ này đã được mở rộng từ gluon sang graviton, và các khái quát khác cũng đang được thực hiện. Những kết quả hỗ trợ AI này, và nhiều kết quả khác, sẽ được báo cáo ở nơi khác.