超冷量子费米气体研究与应用简介

强相互作用的超冷费米气体是研究复杂多体强关联物理的理想系统,可以用来研究高温超导超流、夸克-胶子等离子体、中子星以及宇宙的早期演化等多体强关联物理。通过精确控制原子间的相互作用以及外加的俘获势,可以探索超冷量子物质的奇异物相,研究强耦合系统中的量子非平衡热力学、超冷碰撞和多体物理。文章介绍了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室超冷量子气体研究组近期在标度不变的费米气体中的一些研究进展,如Efimovian膨胀动力学等新奇动力学和多体量子热机等。     

铁基超导材料制备研究进展

超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理. 2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料—— LaO_1-xF_xFeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数.     

全球首次发现双粲重子

正欧洲核子研究中心2017年7月6日宣布,经多国科学家共同努力,在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子,这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。在现代粒子物理学的标准模型理论中,夸克是基本粒子,而重子是由3个夸克组成的复合粒子。几乎所有物质都由重子组成,其中最广为人知的就是组成物质原子核的质子和中子。夸克有6种,分别称为上、下、奇、粲、顶和底夸克,上、下夸克质量最小,奇、粲、顶、底夸克质量较大。质量大的夸克只能经由高能粒子     

奇特的强子X(3872)及其质量精确测量的新方法

<正>质子和中子通过强相互作用束缚到一起形成各种各样的原子核,再通过电磁相互作用与电子一起形成原子,从而构成了宇宙中的可见物质.强相互作用的基本理论是于20世纪70年代建立起来的量子色动力学(quantum chromodynamics, QCD).在QCD中,参与强相互作用的基本粒子是夸克和胶子.与质子和电子分别带正负电荷类似,夸克带有3种不同的色荷;与传递电磁力的光子不带电荷不同,在夸克间传递强相互作用的胶子具有8种色荷,从     

关于陆-海相互作用的若干问题

陆-海相互作用是一个宽泛的研究领域, 但其同海洋科学的基础研究与我们经济、社会的可持续发展均密切相关. 基于个人对本研究领域的理解, 在本文中提出了一些需要在陆-海相互作用研究中予以关注的问题, 包括陆架边缘的物质交换、流域盆地中的物质流失、近海的富营养化与有害水华、底层水缺氧与“死亡区”、沉积物的“源”与“汇”、对地球其他层圈的反馈、海平面上升及其对社会与经济可持续性的作用、沿海地区的人类活动及其影响, 等等. 本文中未能涉及的命题并非不重要, 仅仅系我个人的知识和能力所限.     

操纵和测量单个量子态——2012年诺贝尔物理学奖简介*

同为68岁的法国科学家塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）与美国科学家大卫·维因兰德(David J. Wineland)分享了2012年诺贝尔物理学奖。他们的突破性研究,让原本神秘的量子世界不再“与世隔绝”。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加难。通过巧妙的实验方法,阿罗什和维因兰德的研究小组成功地实现对单个量子态的测量和控制,颠覆了之前人们认为的其无法被直接观测的看法。     

嫦娥一号探测器发现月球正面 “玉兔&rdquo|火山

月面白天日照情况下, 高海拔、高反照率地区反射阳光产生的辐射状光线, 会对其周围海拔低、地形变化缓慢、反照率低的地区带来显著的“灯下黑”照明效应的影响, 甚至把这些地区的地貌从光学波段 “隐藏” 起来. 利用嫦娥-1绕月探测器激光测高得到的地形DEM模型, 对比重力探测的历史结果, 在月球正面风暴洋西部(中心位于(14°N, 308°E)处), 从“灯下黑”区域新认证了一个直径约300 km, 高度约2 km的火山——暂时称为“玉兔”山. 还修正了“玉兔”山以北300 km左右的“桂树”火山三维地形. 该发现对研究月球正面演化过程有重要的参考价值.     

μ子之谜

μ子,也曾被称为μ介子,至今仍是一种令人迷惑的粒子。早在三十年代,人们就在宇宙线实验中发现了μ子。由于它的质量介于电子和质子之间,因此称之为μ介子。但是,现在“介子”一词已被用来描述参与强相互作用并由夸克-反夸克组合所构成的玻色子,μ子显然不满足这些条件,所以不该再称它为μ介子了。μ子同电子中微子,以及在SLAG和DESY新发现的:τ粒子,应一起归入轻子一类。μ子比电子重200倍,不稳定,平均寿命为2.2微秒,但其它性质与电子相似。μ子和电子似乎都是“点状”粒子,它们的相互作用可用量子电动力学方法精确地进行计算。尽管如此,μ子和电子却不会相互转变。某种神秘的“μ荷”,象电荷一样,在粒子的相互作用中必须保持守恒。“μ荷”的守恒,     

探索中的五夸克粒子及其在原子核中的束缚态

多少世纪来，人们一直在为探索物质的基本组成而不懈努力着，从最原始的哲学意义上的“原子”到有一定科学依据的分子、原子，从质子和中子的发现到夸克和轻子的探测，等等。随着探索方法和实验手段的空前发展，随时都可能有惊人的新发现。例如，质子和中子再也不像以前人们认为的那样是不可分的点粒子，在高能电子与核子散射实验过程中，已明显地“看到”了核子的内部结构：组成它们的是夸克，由胶子传递的强相互作用把夸克“粘结”在一起。     

中国科学家利用量子模拟证实“任意子”服从分数统计

1月23日出版的《物理评论快报》上发表了中国科技大学潘建伟教授和他的同事陈增兵、陆朝阳等的研究论文, 在国际上首次通过操纵多光子纠缠态和量子模拟方法, 证实了一种存在于两维空间的奇特粒子“任意子”服从分数统计. 这一研究独辟蹊径地利用量子信息技术来模拟凝聚态物理学里面的重要问题, 在原理上证实了“任意子”独特的分数统计现象和拓扑性质, 在量子计算的实际应用领域迈出了重要一步.........     

高温高密度时的新物质形态

在高温高密条件下,夸克将解除禁闭形成全新的物质形态——夸克物质.本文从核物质的基本相互作用——量子色动力学(QCD)的基本对称性出发,首先简单介绍研究QCD相变的各种方法,阐述相变发生的物理机制和条件,然后着重讨论实现QCD相变的两种物理系统,即相对论重离子碰撞和致密星体.相对论重离子碰撞是制造高温环境的重要手段,核物质将形成全新的夸克胶子等离子体相(QGP).文中介绍了探测QGP的实验信号和高温环境特有的新奇物理现象.致密天体中的高密区则展现了极其丰富多彩的相结构.理论预示了与颜色和味道等自由度相联系的各类超导、超流态存在的可能性.相信在未来更大范围的束流能量扫描和对致密星体的精确观测中,我们将会对高温高密核物质的物态性质有着更加深入的认识.     

填充方钴矿热电材料的研究进展

热电转换是一种新兴的清洁能源技术, 可实现热能和电能的直接转换, 提高能源的使用效率, 降低石化能源的消费比重, 减少二氧化碳的排放, 达到保护环境的目的,相关研究在国际上引起了广泛关注. 由于材料中电和热的输运强烈地耦合在一起, 难以独立调控, 热电材料的性能优值长期徘徊在1.0左右, 仅在室温制冷等若干特殊领域获得了小规模应用. 有效提高热电材料性能已成为热电转换技术工业应用与热电材料科学领域亟待解决的热点与难点.科学家G. Slack提出理想化热电材料应该具有“声子玻璃-电子晶体”的特征, 相关研究成为近年来热电材料领域最重要和最具有代表意义的方向. 一些具有孔洞结构的笼状化合物, 如方钴矿材料被认为可能有“声子玻璃-电子晶体”特性, 而得到了广泛的关注; 但该笼状化合物中与输运性能相关的诸多物理机制, 以及与“声子玻璃-电子晶体”特征之间的关联尚不清楚, 限制了对该类材料的进一步认识和性能优化.     

非对称核物质中的液-气相变

天体演化和重离子碰撞的研究为核物理开辟了一个新的研究领域:核物质和有限核的相变,在高温高密度情况下,核子(强子)有可能散裂成自由的夸克-胶子等离子体(Quark-gluon plasma,QGP),这一过程被称为夸克退禁闭相变,而在低密度和中等温度(几MeV到二十几MeV),核将经历液-气相变。原则上讲,如果组成系统的粒子间的相互作用是短程排斥长程     

编者按: 空间物理和空间天气学

开展对空间物理和空间天气学的研究, 有助于更好地了解并预报空间环境中发生的灾害性空 间天气事件, 为国家的航天和通信事业服务. 作为一个跨学科的研究领域, 对空间物理与空间天气 学的研究需要不同领域的科技工作者的共同关注, 促进其有序、快速地发展. 本专题就“空间物理与 空间天气学”领域中若干前沿的科学问题作了评述, 分别是无碰撞磁重联中的电子动力学、地球磁 尾等离子体片中的高速流、地球内磁层中的高能粒子, 以及电离层和太阳活动的关系. 主要内容介 绍如下. 磁重联提供了一种快速地将磁场能量转化为等离子体动能和热能的物理机制, 它与空间物 理和空间天气学中的许多爆发现象密切相关, 本专题的第一篇文章讨论了电子动力学行为在无碰 撞磁重联结构形成中的作用, 以及电子在其中的加速机制. 等离子体片中的高速流则是一种经常出 现在磁层剧烈扰动期间的现象. 第二篇文章简单回顾了高速流研究的历史, 介绍高速流的成因及与 极光的关联, 探讨了其与等离子体磁结构的异同及其与背景等离子体的相互作用, 以及高速流在磁 层亚暴过程中的作用. 辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁, 理解这些粒子如何在辐 射带中被加速是空间物理和空间天气学领域的主要挑战之一. 第三篇文章总结了行星际激波在内 磁层激发的超低频(ULF)波对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 秉含着不同时间尺度 的太阳电磁辐射变化是调制电离层的主要因素, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结 构与演变的基础. 第四篇文章简要地介绍了最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得 的进展. 有关内容供感兴趣的科技工作者参考.     

夸克有内部结构吗?

"夸克"是目前人类所知的构成物质世界的基本粒子之一,也是在粒子物理"标准模型"中参与所有已知的基本相互作用的唯一的基本粒子.实验寻找比夸克更小的基本粒子,或者验证是否夸克具有更加细微的内部结构,这是现代高能物理研究寻找超出标准模型新粒子的重要手段,也是高能量前沿的重要研究课题.     

观音洞遗址古人类剥坯模式与认知特征

通过旧石器的研究探讨史前人类的认知行为与思维特征一直是史前学者关注的问题. 法国学者开创的石器技术研究方法, 为回答这些问题开辟了新的视角. 20世纪60年代安德雷•勒卢瓦古朗提出的“操作链”概念为该研究体系奠定了理论基础, 随后从“操作链”概念分解出技术认知学和技术经济学两个概念, 不仅能更详细地揭示史前人类在石器打制过程中运用的技术知识和技能, 也能从社会经济学的角度解释史前人类的技术行为. 将这一新方法应用于中国西南部的代表性遗址——观音洞遗址的旧石器材料中, 结果表明, 观音洞遗址的石核剥坯模式与欧洲和近东旧石器时代中期常见的Levallois概念是两个完全不同的剥坯概念和生产体系, 反映了两种不同的人类认知行为和思维模式, 该结论为进一步研究和解释旧石器时代中期中国和欧非及近东地区旧石器文化之间的关系提供了依据.     

纳微米沟槽型图案化表面“接触引导”现象及其细胞生理效应

材料表面的拓扑结构对细胞的多种行为及生理功能有着显著影响, 其中沟槽型图案由于能够使细胞产生“接触引导”而备受关注. 本文着重介绍了由该类图案引起的“接触引导”对细胞行为及生理功能影响的研究进展. 所涉及到的内容主要包括影响该现象发生的因素及细胞行为变化和生理效应, 并讨论了“接触引导”发生的可能机制. 最后对该领域的研究趋势和潜在应用进行了展望.     

相对论核-核碰撞中产生的Λ超子的极化分析

在高能强子-强子、强子-核相互作用中都测到了所产生的A超子的强的极化度.在较低能量的核-核碰撞中,也测到了A粒子的不同程度的极化度.对在相对论核-核碰撞中产生的A超子的极化度的测量和分析的特殊意义是在1982年由Angert等人首次提出的,认为如果在相对论核-核碰撞中形成了夸克-胶子等离子体(Quarkgluon plasma-QGP),A粒子的极化度就将消失.     

物理学中11个最大未解问题

(续上期 )在超高温度和密度下 ,物质存在新的状态吗 ?在极端能量条件下 ,物质要经历一系列的变化 ,原子会分裂成它们的最小组成单元。这些组成单元是被称为夸克和轻子的基本粒子。就我们所知 ,这些基本粒子不会再分裂成更小的部分了。夸克非常喜好群居 ,人们从未看到过单个的夸克。相反 ,它们会与其他夸克结合形成质子和中子 (每个质子由三个夸克组成 )。进一步 ,它们会与轻子 (比如电子 )结合形成整个原子。例如 ,氢原子就是由一个质子和一个绕着它运动的电子组成的。接下来 ,原子会与其他原子结合形成分子 ,比如Ｈ2 Ｏ (水分子 )。随着温…     

组分夸克模型与量子色动力学间的联系——Ⅱ.组分夸克的基本性质

实验表明,量子色动力学(QCD)理论中的基本客体是在高能过程中所观察到的“流夸克”。另一方面,组分夸克作为有效自由度在描述低能强子的性质方面取得了相当的成功,那么,组分夸克如何与QCD夸克联系?组分夸克有哪些基本性质?近20年来,这些具有挑战性的令人感兴趣的基本问题,一直吸引着不少理论物理工作者为之进行努力探讨。因为这对理解QCD的低能行为,改进对强子结构及强子间相互作用的描述和认识具有重要意义。虽然人们对组分夸克的质量与QCD夸克(流夸克)质量间的联系有了一定认识,但是至今仍不能理解为什么低能标度下组分夸克间的有效耦合强度远大于同一标度下的QCD耦合,更没有很好理解组分夸克的一些基本性质,如它的形状因子和半径等。