Исследования проводятся в коллаборации с сотрудниками Тихоокеанского государственного университета (ТОГУ, г. Хабаровск), Iowa State University (ISU, США), Institute for Basic Science (Корея), Университета Бордо (Франция), Institute of Modern Physics (INP, Китай) в рамках проекта «Вернадский» и соглашений о сотрудничестве НИИЯФ МГУ с ISU и IMP.

Научная тема — теоретическое исследование легких ядер в модели оболочек без инертного кора (МОБИК), которая относится к подходам ab initio, т. е. основанным на первопринципах без использования каких-либо модельных или феноменологических предположений, что предполагает расчеты на наиболее производительных современных суперкомпьютерах, развитие соответствующих методов, постоянное их усовершенствование. В России расчеты ab initio в ядерной физике проводят только научные группы, связанные с НИИЯФ МГУ и ТОГУ. Развитие МОБИК происходило во многом на основе идей, предложенных А. М. Широковым. В частности, был разработан метод экстраполяции результатов МОБИК на случай бесконечно большого базиса, основанный на обучении нейронных сетей. Это позволило не только уточнить теоретические результаты, но и оценить их погрешность. А. М. Широков развивает формализм HORSE (Harmonic Oscillator Representation of Scattering Equations) в теории рассеяния и использование его в комбинации с МОБИК. Им предложен метод SS-HORSE, который позволяет на основе расчетов в МОБИК рассчитать энергии и ширины резонансных состояний ядер. В рамках формализма HORSE развит метод фазово-эквивалентных преобразований, который позволяет, не нарушая точности описания рассеяния нуклонов друг на друге, построить потенциалы нуклон-нуклонного (NN) взаимодействия, описывающие свойства широкого круга легких ядер. Методом фазово-эквивалентных преобразований А. М. Широковым были предложены NN-потенциалы JISP16 и Daejeon16, обеспечивающие быструю сходимость расчетов МОБИК и одно из лучших, если не лучшее на сегодняшний день, описание характеристик всех легких ядер с массой до A=16. В последнее время А. М. Широковым развивается теория эффективных NN-взаимодействий, полученных методом ab initio, для расчетов ядер sd-оболочки в традиционной модели оболочек с инертным кором, где использование МОБИК ограничено производительностью современных суперкомпьютеров.

А. М. Широков с сотр. предсказали в 2016 г. резонанс в системе четырех нейтронов (тетранейтрон) на основе расчетов в МОБИК с NN-потенциалом JISP16 и обобщения метода SS-HORSE на случай четырехчастичного демократического распада. В 2018 г. резонанс тетранейтрона был получен и с NN-потенциалом Daejeon16. Поиски тетранейтрона безуспешно проводились экспериментально с начала 1960-х годов, и только в 2016 г. появилась первая работа, где было зарегистрировано всего лишь 4 события этого резонанса, и его существование вызывало большие сомнения. С хорошей статистикой экспериментальное подтверждение этого резонанса было опубликовано в журнале «Nature» в июне 2022 года. Кроме работ А. М. Широкова теоретическое описание резонанса тетранейтрона было получено только в одной статье китайских авторов в 2019 г.

Эта тематика в последние 10 лет поддерживались грантами РНФ, РФФИ, фонда «Базис». Результаты докладывались на крупных международных конференциях в России, Франции, Корее, США, Китае, Австрии, Италии. А. М. Широков был инициатором и организатором серии международных конференций Nuclear Theory in the Supercomputer Era (NTSE-2012, NTSE-2013, NTSE-2014, NTSE-2016, NTSE-2018), куда приезжали ведущие специалисты из разных стран. Конференции NTSE проводились в России, США и Корее и были приостановлены из-за пандемии COVID-19.

Цикл работ А. М. Широкова — это современная теория ab initio для описания легких ядер и предсказания свойств неизвестных ядерных систем. На работы цикла имеется 270/297 (WOS/Scopus) ссылок, самая цитируемая работа (предсказание тетранейтрона) имеет 49/47 (WOS/Scopus) ссылок.