宇宙中最强的力被恰当地称为强力。我们从未亲眼目睹过它可怕的力量，因为它只在亚原子距离上起作用，在亚原子距离上，它把质子和中子中的夸克结合在一起，把这些核子结合成原子核。在自然界的四种基本力中，强力是迄今为止最强大的——它比引力强100万亿亿亿倍。它也是最神秘的。
尽管科学家们大致知道它与其他力的比较，但他们并不确切地知道强力有多强。其他三种力——重力、电磁力和弱核力(导致一些放射性)——测量得更好。例如，用“耦合常数”表示的电磁强度，其测量精度与纽约和洛杉矶之间的距离相同，精确到几发宽的范围内。然而，强作用力的耦合常数，称为αs(“αs”)，是迄今为止这些量中最不为人所知的。αs的最佳测量精度比电磁测量精度差1亿倍。
即使是这种程度的(不)确定性，也只在最简单的强作用力理论领域中才知道，在非常高的能量下，只涉及到自然界中一些最罕见和最极端的事件。在与我们周围的世界相关的较低能量，强大的力量因变得真正强烈而得名，而在这个范围内关于αs的具体信息很少。直到最近，还没有人在这个尺度上对α - s进行任何实验测量。对其值的理论预测是没有帮助的，因为它涵盖了从零到无穷大的整个范围。
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Jen克里斯琴森
强大的力量使得学习在很多方面都很困难。描述它如何工作的理论被称为量子色动力学，它是如此复杂，我们无法用它来进行直接计算或精确预测。造成这种复杂性的原因之一是强作用力的载体——一种叫做胶子的粒子——与自身相互作用。相比之下，电磁学比较简单，因为它的载体光子是不带电的。但是胶子携带着强作用力版本的电荷，被称为颜色，它的自我相互作用很快就会失控。因此，尽管强力对核物理学和物质世界的构建具有重要意义，但它并不是无条件受到研究人员的喜爱。相反，许多人将强大力量真正强大的领域视为“Terra Damnata”，即不惜一切代价避免的领域。
然而，理解强作用力对于解释我们周围事物的复杂性至关重要。事实上，在可见的宇宙中，大约99%的质量是由强引力产生的。(剩下的1%来自希格斯玻色子。)现在，经过半个世纪的努力，科学家们终于开始揭示这种强大力量的一些秘密。我们中的一位(Deur)最近首次测量了αs在Terra Damnata中的变化，我们中的两位(Brodsky和Roberts)独立开发了新的理论预测来解释这些数据。Terra Damnata看起来比以往任何时候都更受欢迎。现在我们可以探索这个领域，我们可以学到更多。我们终于有能力从第一性原理分析计算量子色动力学的各个方面。此外，探索强作用力的这个范围可以帮助我们理解提出的宇宙统一理论，以及空间和时间中存在多少维度的问题。
磁体引导粒子通过托马斯杰斐逊国家加速器设施的连续电子束加速器设施(CEBAF)。
杰斐逊实验室提供
如果αs是常数，它怎么变化?答案与量子环的概念有关，也被称为真空极化。量子理论揭示，空间的“真空”实际上充满了微小的粒子，它们在波动的云中不断出现和消失。由于所谓的量子环，与这些虚粒子的相互作用会导致力偏离其经典行为。当这个概念第一次被引入时，量子环是一个令人不快的惊喜，因为它们预测了无限大的数量——这是一个明显的错误信号。但最终，物理学家们找到了驯服这些无穷大的方法，并将量子环路的所有修正都吸收到描述力载体的方程中。因此，在量子色动力学(QCD)中，量子环修正影响胶子的行为，并决定αs随夸克之间距离的变化。由于耦合常数中存在量子环的这种新的距离依赖，这些量失去了它们的常数。所以从现在开始我们就叫它们“耦合”吧。
对于大多数力，耦合随距离缓慢变化。例如，从人类探测到的最小尺度到日常尺度，αem，电磁耦合，只降低了大约10%的值。然而，对于强耦合αs，变化是巨大的:即使在物理学家可以舒适地计算αs的范围内(即远离Terra Damnata)，其值也会发生几个数量级的变化。另一个更重要的区别是，电磁耦合随着距离的增加而减少。而对于强作用力，αs随距离增加而增加。如果你试图将质子内的两个夸克相互拉开，它们之间的吸引力就会变得更强。事实上，它增长得如此强大，以至于基本上不可能将夸克彼此撬开——强大的力将它们“束缚”在一起，你永远找不到一个单独的夸克。同样的规则也适用于夸克和胶子之间以及胶子和胶子之间的相互作用。另一方面，这些相互作用在短距离内很弱:你越近地放大夸克，它的束缚就越松散。αs在小距离上的小性被称为渐近自由，它在20世纪70年代的发现最终为其先驱赢得了2004年诺贝尔物理学奖。
Jen克里斯琴森
在短距离，αs很小的地方，物理学家可以使用与电磁力和弱力相同的方法进行计算。但是这些方法不适用于更远距离的QCD，比如质子大小的QCD。按照日常标准，这个长度仍然非常小(质子的大小是原子的五万分之一，半径大约是一米的十亿分之一的百万分之一)。然而，它代表了粒子物理学的一个广阔领域。问题是αs增长得太快了。在我们到达费米之前，αs变得太大，标准计算方法无法适用。这就是为什么(甚至不是很)长距离域成为Terra Damnata的原因。
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由于无法使用通常的计算方法，物理学家尝试了其他策略，但这些策略要么没有得到很好的测试，要么不够精确，并且预测αs的远距离极限可能介于零和无穷大之间。通常的近距离计算方法预测αs在远距离上的无限大值。但是这个以物理学家列夫·朗道命名的“朗道极”只表明计算方法失败了，而没有告诉我们强作用力的存在。确定α - s在远处的作用是至关重要的。
在许多物理学家的广泛努力下，终于出现了突破。这个故事分三个阶段展开，我们中的一个人在每个阶段都扮演了角色。
第一步是偶然的。在20世纪90年代末，德尔还是一名博士生，在弗吉尼亚州的托马斯·杰斐逊国家加速器设施(杰斐逊实验室)收集数据，该实验室有一个粒子加速器。他的测量跨越了短距离和Terra Damnata之间的过渡。当时，他知道朗道极点，但不知道它是假的。他感到困惑的是，在α - s应该发生明显变化的地方(至少他是这样认为的)，似乎什么也没有发生。数据是完全平滑的，没有迹象表明他所期望的爆炸。这些测量结果似乎并没有打扰到更有经验的科学家，他们习惯于在这个地区收集数据，学生们只能问很多幼稚的问题，然后就会筋疲力尽。因此，他把这个问题添加到他对世界不了解的一长串事情中，(也许)以后再回答，然后继续前进。
Jen克里斯琴森
几年后，他用他的数据和杰斐逊实验室的其他测量结果测量了一个叫做比约肯积分的量，这个积分是以强作用力研究的先驱之一詹姆斯·比约肯的名字命名的。Bjorken积分与质子和中子内部夸克自旋的方向有关，作为奖励，它还提供了一种相对简单的方法来计算αs，只要你远离Terra Damnata。因此，德尔能够在短距离的稳定区域测量αs。出于好奇和实验的倾向，他还检查了这个公式对长距离的预测。这个实验只是为了好玩，他很清楚他不应该把答案当回事。但他的分析表明，αs非但没有随着距离的增加而急剧变化，反而停止了增长，变成了常数。
德尔与他的博士导师陈建平分享了这一惊人的发现，陈建平是杰斐逊实验室的一名科学家，他说这个αs看起来像他以前见过的预测。在深入研究过去的研究后，Deur发现了其他的耦合计算在远距离上变得恒定的例子，就像他在他的数据中看到的那样。也许他那俏皮的αs计算最终揭示了强大力量的真实行为?这是一种幸运，因为尽管没有人意识到这一点，比约肯积分是唯一适合计算长距离αs的。尽管大多数测量都是探测许多夸克之间的相互作用(因为夸克从来都不是单独发现的)，但比约肯积分设法过滤掉了大多数多夸克过程，并分离出对单个夸克的影响。结果是，αs的计算，几乎不适用于任何其他类型的核子数据。
因为德尔的αs可能是有道理的，他想知道他是否可以在物理会议上展示它，而不会有太大的被嘲笑的风险。不过，他也很担心，因为他的测量结果似乎与当时普遍认为的强力强度会持续增长的观点相矛盾。但他决定冒险一试。碰巧，布罗茨基参加了其中的一次会议，并帮助德尔把这项工作建立在更坚实的理论基础上。这次会议是富有成果的合作的开始，这种合作一直持续到今天。
当Deur在实验中探索αs时，Brodsky正在与Guy de tsammond Peralta和Hans g
布罗德斯基早就知道αs，他知道，试图找到电磁、弱力和强力的统一理论，似乎需要αs在远距离上变得有限。事实上，他预料到了这样的结果，因为夸克被限制在核子内，这意味着夸克和胶子的量子环不能超过质子的大小。没有更多的环路意味着没有更多的耦合演化。因此，尽管德尔对αs的测量结果并不令他感到惊讶，但他很高兴地看到，事实上，可以在远距离测量αs，而且结果显示出了稳定性。
Brodsky和de tsammond Peralta联系了Deur，讨论如何使用他们的光前全息法计算αs，并继续计算它。2010年发表的结果令人满意:他们的αs与德尔的实验数据非常吻合。由于计算没有可调整的参数，这就更加引人注目了。他们既不摆弄设置，也不搞“蒙混”因素。
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当然，全息术是量子色动力学(和量子引力)的一种令人兴奋的新颖方法，但它与使用QCD本身不同。但我们知道，它至少很好地模拟了QCD，这表明未来的物理学家可能能够证明引力和强作用力之间的某种等效性。尽管如此，为了能够安心地说我们已经真正计算出了远距离的αs，我们需要一个基于qcd的计算。一种自然的方法是解决理论的运动方程，在量子力学中，它描述了所有的强力量是如何随着时空的变化而演变的。
迪尔在2005年发表了他关于α - s的第一个研究结果，大约20年前。当时，罗伯茨对它们感到困惑，他问自己，这种似乎只与单一QCD过程相关的耦合测量，与理论的运动方程有什么关系。这样的方程需要一个适用于所有过程的通用耦合。他把这个问题放在一边，继续往前走。
九年后，2014年他和同事在意大利特伦托的欧洲核物理及相关领域理论研究中心组织的一次会议上，他又回到了德尔的αs。在此之前，理论家们采用了两种平行的策略来使用QCD的运动方程来理解强作用力的理论。“自上而下”的方法试图通过胶子的性质来预测αs。“自下而上”的方法旨在通过比较预测和实验数据，直接使用可测量的量来推断αs。
在2014年的那次会议上，一位杰出的同事指出，这两种方法产生了截然不同的结果，无法调和。然而，这位同事并不知道罗伯茨和他的合作者张磊最近在自下而上的方法方面取得的进展。在挑战的刺激下，这两个人在24小时内得到了自下而上耦合估计的结果。他们与参加会议的两位自上而下研究领域的领军人物Daniele Binosi和Joannis Papavassiliou分享了这些结果，并共同确定了自上而下和自下而上的αs结果是相互兼容的。并行流被合并。
现在我们剩下一个关键问题:我们如何将Deur的耦合测量和我们使用QCD运动方程计算的值联系起来?如果我们能做到这一点，那么我们将弥合最后的差距。
罗伯茨的下一步是与物理学家jossise Rodríguez-Quintero交谈，他长期致力于自上而下的方法，并获得了量子cd计算机模拟的结果。在与Binosi、Papavassiliou和新成员csamdric Mezrag进行了反复的头脑风暴之后，该团队得出了一个通用的QCD耦合。令人惊讶的是，这个结果实际上与Deur的数据和Brodsky及其同事的全息计算没有什么区别。此外，像全息结果一样，新的预测是无参数的:没有推动或修补。这一事实意味着该协议意义深远。
Jen克里斯琴森
从那时起，利用从自上而下、自下而上和模拟方法得到的改进信息，该小组更新了其理论分析。科学家们发现，在Terra Damnata之外，他们的耦合和Deur的数据一致超过1%。此外，进入Terra Damnata后，他们发现夸克之间复杂的相互作用可能会破坏这些耦合之间的联系，但由于比约肯积分背后过程的物理特征，这些相互作用在很大程度上相互抵消了。这是Deur的幸运之处:他偶然选择了一个过程，它的耦合与QCD运动方程得出的普遍结果最密切相关。
现在，我们第一次有了令人信服的数据和αs的计算，涵盖了整个长度尺度范围，包括Terra Damnata，以前无法到达的领土。关键的发现是，随着距离增大，耦合停止增长，非恒定常数再次变为恒定常数。这一发现具有深远的意义。
CEBAF大接收谱仪进行了一些测量，帮助我们在一个前所未有的尺度上定义了强作用力。
杰斐逊实验室提供
首先，知道所有距离的αs实际上是很重要的:物理学家现在可以分析地预测许多以前无法达到的量。自然界中大多数与强作用力有关的现象，从我们体内原子的最深层结构到中子星的内部运作，都是由αs的强度决定的。因为这种耦合是由它的长程行为主导的，我们现在知道它是有限的而不是无限的，我们已经打开了一个新的可能计算的世界。
在更深层次上，QCD运动方程的解有助于揭示宇宙中99%可见质量的起源。这种质量来自原子，而原子的大部分质量是质子和中子(电子相对较轻)。但是质子和中子的质量是从哪里来的呢?构成它们的夸克本身的质量也很小。但在质子的尺度上，我们关于αs的发现表明，夸克在它们周围聚集胶子云，这些胶子云产生了质子的大部分质量。从本质上讲，强力将夸克结合在一起所产生的强大结合能几乎贡献了所有的质量(记住，阿尔伯特·爱因斯坦曾揭示过能量和质量是同一枚硬币的两面)。因此，如果你重160磅，那么其中超过158个来自量子色动力学，特别是因为将αs冻结为常数的机制。希格斯玻色子只贡献了一小部分——夸克和电子本身所拥有的微小质量。
更重要的是，αs在远距离的静态特性意味着QCD是第一个只能预测有限量的完整量子场论。所有其他已知的量子场论，包括量子电动力学(描述电磁力)，都在非常高的能量下遇到无限的朗道极。因此，量子cd可能会引导我们解释许多超出我们目前理解的现象。
沿着这条推理路线，我们可能会了解，例如，具有10,11或26维时空的弦理论是否对理解我们的宇宙是必要的，或者，相反，对我们牢固建立的四个时空维度的清晰理解是否足够。目前核物理和粒子物理学家的兴奋是实实在在的。