Liu, californiana de 19 años, totalizó 148.39 puntos y triunfó por delante de las japonesas Kaori Sakamoto (146.95) y Mone Chiba (141.80) en el programa libre femenino.
Liu consiguió imponerse a una Sakamoto que llegaba a Boston con tres títulos mundiales en su palmarés.
La estadounidense había dominado en el programa corto del miércoles, día inaugural del Mundial.
La última campeona mundial estadounidense era Kimmie Meissner, que logró el oro en 2006.
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Liu, doble campeona estadounidense, alcanzó la elite del patinaje artístico en 2019, con tan solo trece años, y había dejado momentáneamente su deporte en 2022, antes de volver a competir en 2024.