质子结构与质子自旋组成是什么?

质子结构是人们对物质深层次结构认识的最前沿,高能反应实验特别是电子质子深度非弹性散射实验的开展,推动了理论研究的不断深入,发展出量子色动力学基础上的部分子模型,成为描述质子结构的标准动力学图像,更新了人们对物质结构认识的观念,也为检验量子色动力学、研究其性质与应用方法提供了一个核心前沿基地,发展出因子化定理与共线展开等重要方法.而近年来实验对质子自旋结构、质子电磁半径的测量相继引发的"质子自旋之谜"与"质子半径之谜"等,更加激发了粒子物理与核物理学界的研究兴趣,对质子结构的研究也从简单的一维纵向运动深入到包括横动量和自旋依赖的三维情形,从单纯的数密度分布扩展到各类的自旋与动量关联函数,包括描述量子干涉效应在内的阶压低的高扭度分布函数,研究内容与研究方法不断地更新.近期新的实验基地,如美国电子离子对撞机等的建设更将推动该方向研究迎来快速发展的高峰期,我国规划中的相应的大科学装置也有望在该领域的研究中发挥重要作用.     

量子模拟器中规范理论的热化动力学

<正>规范理论是现代物理学中描述基本粒子相互作用的基本语言,是标准模型等理论的基石,也和量子叠加、量子纠缠概念密切相关.人们熟知时空对称性,例如在比萨斜塔做质量不等物体的自由落体实验,与在不同时间不同地点做类似实验所得到的结论会完全相同;而规范理论描述的是另一类对称性,是关于不改变时空坐标时场的一种局域变换,     

分子振转动量子计算及分子振转动纠缠

随着对于量子计算(机)的深入研究, 人们相继提出了不同量子计算的模型. 近年来, 基于分子振-转激发态的量子计算模型受到了研究者的广泛关注. 研究发现, 基于分子振动和转动模式的量子计算模型可以很方便地实现多量子比特计算, 并且可以获得足够长的退相干时间. 同时, 分子振转动量子计算的数值模拟也发现各种形式的量子逻辑门均可以获得很高的计算保真度. 分子振转动模式之间的纠缠是分子振转动量子计算的一个重要资源, 因此, 分子振转动纠缠动力学的研究也引起了人们的兴趣. 对于分子振转动量子纠缠动力学的研究能够为分子振转动量子计算的进一步研究和应用提供参考. 本文对分子振转动量子计算和分子振动纠缠的研究进展做了简要综述.     

基于弱测量与无相互作用测量的量子佯谬

<正>作为一个有效的数学工具,量子理论成功地描述了微观粒子世界的行为.然而,量子理论所描述的微观世界中的很多现象与基于日常逻辑的理解相违反,因此对于这个理论的解释困扰了无数的物理学者,而对于这些反常佯谬[1]的分析理解也构成了深入理解量子理论的一个重要课题. Bell不等式[2]及建立在局域实在论基础上的许多确定性等式的量子违背,是量子信息理论研究初期人们认识到量子理论违反经典逻辑的研究成果,     

圈量子引力的动力学

作为量子引力论的一种重要的候选理论,圈量子引力已取得了长足的进展.当今圈量子引力研究的一个核心而艰巨的课题是如何建立合理的量子动力学,具体到圈量子引力的正则形式中,动力学问题集中体现为合理构造密顿约束算符以及求解相应的约束方程.本文介绍了圈量子引力的基本思想以及圈量子引力中量子动力学研究的最新进展.新进展侧重于哈密顿约束算符的构造及其所定义的希尔伯特空间.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.     

核子-介子耦合顶点的结构与核力中的介子交换过程

从六十年代发展起来的介子交换理论较好地对核力作了解释。强子的夸克模型的成功及量子色动力学(QCD)理论的发展,使人们希望有可能对核力的本质作更清楚的阐述。从夸克模型和描述夸克间相互作用的QCD理论看来,核力是组成核子的夸克间交换色胶子(gluon)的剩余相互作用的自然表现。当两个核子靠得很近互相明显重迭时,组成一个核子的     

微观核裂变动力学研究进展

原子核裂变是一个复杂的非平衡非绝热的大幅度量子多体动力学过程.近年来,随着计算能力的发展,微观裂变动力学取得了很大的进展.本文介绍了非绝热的时间相关的密度泛函理论和绝热的时间相关的生成坐标法等微观裂变动力学模型.裂变位能面的并行约束计算和能量相关性对绝热裂变模型很重要.最近,我们扩展了有限温度加动力学涨落的时间相关的密度泛函理论.基于时间相关的密度泛函理论,对裂变过程中的对关联效应、涨落效应、耗散效应、非绝热效应、能量相关性、碎片之间的纠缠等核裂变机制获得了新的认识.此外,微观裂变研究对理解天体过程中的r-process也很重要.我们期待发展出更综合更精确的核裂变理论支撑核裂变的应用创新.     

路径积分分子动力学模拟在相变问题中的应用

依据玻恩-奥本海默近似,理论模拟分子与凝聚态体系材料的性质,需要人们对电子结构和原子核运动两个层面的内容都进行尽量准确描述.目前,电子结构的计算已相对成熟,很多情况下密度泛函理论、传统量化或量子蒙特卡洛方法都能在量子力学的层面给出相当精准的结果;但就原子核运动的描述而言,绝大部分理论方法却还依赖于经典力学.越来越多的实验和理论工作表明,在很多材料的相变过程中,原子核的量子属性可能对相变行为产生重要的影响.将路径积分分子动力学方法与两相法、自由能计算等分子模拟方法结合,可以有效地处理相变问题中的核量子效应,进而对材料的相变行为进行准确地描述.本文将结合两个具体的例子,简要介绍近几年我们在该研究方向的一些工作进展.     

核的层子结构和量子色动力学

随着科学技术的迅猛发展,人们已进一步揭示出原子核的层子结构。从理论上来讲,层子和层子间相互作用的理论(即量子色动力学)应当可以预言原子核的性质。《核的层子结构和量子色动力学》一文介绍了这方面研究的最新进展。     

对掺杂磷的硅单晶中电子自旋的动力学解耦

量子相干是量子计算所利用的主要资源.由于与周围嘈杂环境的耦合,量子比特会遭受退相干效应.动力学解耦(DD)技术是对量子比特进行快速反转操作,可以有效消除量子比特与环境之间的耦合.而最优动力学解耦就是用最少数目的脉冲消除一定阶数的退相干效应.本文首先介绍了我们最近的工作进展,即保持γ辐照丙二酸单晶中电子自旋相干,并分析了...     

相对论协变的部分子模型和π介子结构函数

对于各种深度非弹过程,理论上比较完善的处理方法是部分子模型以及结合着部分子模型的量子色动力学.但是理论上如何计算深度非弹现象中的结构函数和碎裂函数,却一直没有完善的办法.在理论中始终是把实验上测定的物理量输入到理论计算中去的.1972年,     

超子-核子相互作用理论研究的最新进展

超核物理是核物理的一个重要分支,其微观理论的基本出发点为超子-核子相互作用.研究超子-核子相互作用不仅有助于理解奇异性在粒子物理与核物理中的作用,还可以检验SU(3)味对称性及其破缺程度.文章首先回顾了超核物理的起源,随后简要列举了在核物理、粒子物理以及天体物理等领域中,与超核物理相关的几个前沿热点问题,并指出研究超子-核子相互作用的重要性.接下来着重介绍超子-核子相互作用的理论研究历史及发展现状.在现有的相关工作中,研究方法主要包括唯象模型、格点量子色动力学模拟和手征有效场论.其中手征有效场论作为低能区量子色动力学的有效理论,在研究介子、重子等微观系统中展现出了独特的优势.因此,文章特别介绍了基于手征有效场论的超子-核子相互作用的最新理论研究进展.     

准能谱投影算子与Berry相因子的动力学几何

目前,Berry相因子及其诱导规范结构已出现在许多物理问题的理论分析中,并得到实验证实。Simon早巳认识到,除掉动力学相因子的影响,量子体系的绝热演化可描述为参数流形上的平行移动,Berry相因子是相应联络的和乐群(holonomy group)元。最近Simon的分析已被推广到Aharonov-Anandan相因子的讨论。     

简并三能级原子在绝热极限下的量子非破坏测量

由于微弱信号的测量,如量子宇宙学中引力波的探测给实际测量提出了新的要求,Braginsky等人提出了量子非破坏测量的概念(quantum-nondemolition measurement 简称QND测量)即第一次测量对被测物体的待测力学量没有扰动,再次进行观测能重复第一次的测量结果的测量称为量子非破坏测量.正是由于它的这个性质引起了很多实验和理论物理学家的关注.本文通过研究一个简并的三能级原子与光场的相互作用,由精确解计算给出在绝热     

超对称多重三波相互作用模型的量子可积性

量子完全可积系统是近年来十分活跃的研究领域,经典Yang-Baxter方程和量子Yang-Baxter方程在经典和量子完全可积系统理论中起着核心作用.1973年,Gaudin给出了一类新的完全可积量子模型,正如Faddeev首先注意到的,这些模型可以与经典Yang-     

高维球对称时空中荷电玻色子的束缚态

黑洞周围的量子引力束缚态与量子宇宙及真空理论研究有重要联系,所以近年来许多作者进行了广泛的研究。最近,由于超弦理论和Kaluza-Klein超引力理论的发展,促使人们去研究高维时空中的物理问题。Emel'yanov等曾详细地评述过高维时空的研究现状。Myers等得到了高维时空的Schwarzchild度规,Reissner-Nordstrm(R-N)度规和Kerr     

F+H2化学反应中的动力学共振以及氢分子转动的影响

化学反应共振态是长期以来备受关注的化学反应动力学研究课题, 对于理解基元化学反应的机理有着重要的意义. 本文介绍了最近我们在这一研究方向的重大进展. 通过对F+H₂化学反应的全量子态分辨的分子束反应散射实验研究, 观测到了F+H₂中反应中明显的反应共振现象. 通过高精度的全量子散射动力学研究, 发现这一共振现象是由两个动力学共振态所引起的, 而且这两个动力学共振态之间在前向散射有明显的量子干涉效应. 这项研究工作使得对这一重要基元反应中的化学反应共振态的研究向前迈进了一大步. 此外, 还进一步在实验和理论上研究了氢分子转动对动力学共振的影响, 并且观测到了F+H₂ (j = 1)反应的动力学共振现象.     

高T_c超导氧化物中受激载流子的飞秒弛豫过程

飞秒泵浦探测技术通过研究超导体中光激发的非平衡载流子的瞬态弛豫过程,可以直接测量BCS理论中的电声耦合常数λ.人们已经用这种技术对常规的金属超导体进行了广泛的研究,获得了常规超导体中非平衡载流子的弛豫动力学和电声相互作用的信息.高温氧化物超导体问世以来,其超导电性的微观机制仍不甚清楚.最近,对高T_c氧化物超导体的飞秒瞬态谱的研究已经得到了一些有意义的结果.但是,这些结果并未揭示高T_c超导体中电     

锡烯的研究进展

石墨烯研究的巨大成功推动了二维晶体材料研究领域的蓬勃发展,和碳同族的Ⅳ族元素组成的具有类石墨烯结构的二维晶体材料受到了广泛的关注,其中由锡元素组成的锡烯晶体由于其优异的物理特性成为研究的热点之一.理论计算表明锡烯是一种大能隙的量子自旋霍尔效应绝缘体,还能够转化为二维的拓扑超导体.锡烯晶体在电子无耗散输运、自旋流产生、高性能热电、光电器件、拓扑量子计算等方面都具有重要的潜在应用价值.本文针对最近几年来锡烯的研究进展进行简要的综述.首先简单描述为什么锡烯晶体具有特殊的物理特性,然后介绍锡烯理论研究的进展以及最近利用分子束外延技术在锡烯晶体薄膜制备方法取得的突破,最后对今后可能的实验研究方向和内容进行了展望.