暗物质的天文学探测

 暗物质和暗能量是宇宙主要的组成部分,被认为是"笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云",是基础物理与宇宙学研究最前沿的方向之一。对暗物质突破性的研究进展将极大促进人们对基本自然规律以及宇宙演化的理解。国际上对暗物质的研究极为重视,美国和欧洲都为之进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目规划。中国也将暗物质的研究纳入了中长期规划,在过去的几年中国在暗物质探测方面实现了长足进步,在四川锦屏山地下实验室开展多项暗物质直接探测试验,暗物质粒子卫星作为中国空间科学先导专项的首发星,也是中国发射的第1颗天文卫星,2015年12月成功发射。通过观测暗物质粒子湮灭后的粒子产物,有可能在间接探测方向实现对暗物质研究的革命性突破。本文简介暗物质概念提出的历史与暗物质探测的天文学观测手段。     

2021年粒子物理学热点回眸

粒子物理学是研究微观物质基本组成及其相互作用的前沿基础学科.聚焦粒子物理领域的几大研究热点方向——暗物质物理、中微子及粒子天体物理、缪子反常磁矩、重味物理与强子物理、希格斯物理与电弱物理及其他超标准模型新物理现象寻找,回顾了2021年粒子物理领域所取得的重要进展,并对相关方向的未来研究前景及未来大科学工程计划作了初步的...     

“悟空”玉宇探测暗物质——暗物质粒子探测卫星简介

 暗物质是当今科学研究的前沿热点研究领域。暗物质探测可以分为直接探测、间接探测和对撞机探测3类。其中间接探测是在宇宙线中寻找暗物质湮灭或者衰变产生的信号。2015年12月27号中国发射了第1颗用于暗物质粒子探测的空间科学卫星(DAMPE),它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强等优势,将中国的暗物质探测提升至新的水平。本文介绍暗物质粒子探测卫星的结构、性能优势和科学目标。     

北京正负电子对撞机及其重大改造工程

北京正负电子对撞机（BEPC）自1988年建成投入运行以来，在高能物理实验和同步辐射研究领域做出了许多重要成果，成为在其工作能区性能国际领先的高能加速器。为了在激烈的国际竞争中继续保持我国在一粲物理领域的领先地位，我国科学家提出了北京正负电子对撞机重大改造计划（BEPCII），于2003年底得到国家批冷谈淮。和BEPC一样，BEPCII“一机两用”用于高能物理和同步辐射研究，用为对撞机的主要指标的亮度将比BEPC高100倍，同步辐射的性能也将大幅度提高。简要报告了BEPC上的研究成果、BEPCII工程建设的进展及其发展前景。     

暗能(典元),引力和时空相对论宇宙学的统一基始

本文提出以狄拉克几何为基始的统一场论可演变为一独特的宇宙学; 其中, 广义相对论、量子电动力学和经典电动力学都为同一时空几何的不同表现。引力和以暗能为源的膨胀力也源于如是统一几何。     

高能质子-质子和重离子碰撞中粲物理的研究进展

总结了RHIC能区质子-质子和重离子碰撞中粲物理的研究和进展.介绍了RHIC-STAR上开粲与粲偶素测量的最新成果.在从实验上验证QCD理论,理解重味夸克与介质相互作用,解释开粲与粲偶素不同的产生机制等方面都有重要的价值,并帮助我们研究和理解重离子碰撞产生的QGP新物质形态的基本特性.     

大统一理论,轻子星和γ射线暴,类星体

 在超重质量星无限塌缩的过程中,其能量标度达到足够大时,此时就可以应用粒子物理中的大统一理论,并提出一个新的模型:核子衰变后一个超重质量星将把它的几乎所有质量转化为能量,从而变为可能是亚稳定或不稳定的轻子星.按照这一模型,就可以解释超高能宇宙射线和高能天体物理中的下列疑难:类星体和γ-射线暴等.轻子星也许就是真实的白洞.     

2016年粒子物理学热点回眸

 盘点了2016年粒子物理学的研究热点,在希格斯物理、新物理直接搜索方面提高了测量精度,积累了大量数据;中微子物理方面θ₁₃的测量精度提高到了4%;低能强相互作用物理方面确认了5夸克态的存在,同时发现多个可能的4夸克态;暗物质搜索方向全面压低WIMP粒子及其他类型暗物质粒子同普通物质相互作用的截面。     

Gpc径向尺度以上哥白尼原理的验证

哥白尼原理是现代宇宙学的基石之一.但是,Gpc径向尺度以上的哥白尼原理几乎没有得到确证.如果该类哥白尼原理遭到破坏,就会产生一阶各向异性运动学SZ（Sunyaev Zel＇dovich）效应.我们证明,如果这种破坏达到能够取代暗能量解释宇宙＂加速＂膨胀的程度,产生的运动学SZ效应功率谱将远远超出ACT/SPT实验的上限.该检验排除了空洞模型解释宇宙＂加速＂膨胀的可能性,证实了Gpc径向尺度以上的哥白尼原理,弥补了标准宇宙学中的一个漏洞.     

A Monte Carlo study on the production scale and internal structure of jets in high energy collisions

The production scale and internal structure of jets produced in high energy collisions were studied using Jetset and Herwig Monte Carlo generators. Two scales were found. One is the jet-development scale, which determines the size of the jet developed from a mother-parton. The other is the jet-production scale with which the jets produced are the most consistent with QCD jet-production dynamics and will provide the most reliable dynamical information about their mother-partons.     

基于地下实验室的暗物质直接探测实验

 暗物质研究是当前基础物理研究的前沿热点课题之一,对天体物理学、宇宙学和粒子物理学等学科的发展具有十分重要的意义。暗物质的直接探测实验是进行暗物质研究的手段之一,也被认为是最为重要的一种方法。本文介绍:暗物质的不同探测方法、暗物质直接探测实验的原理;国际上主要的地下实验室、针对轻质量和重质量暗物质进行直接探测的典型实验及目前取得的进展;下一代实验将面临的挑战和机遇。     

高纯锗探测器在粒子物理与天体物理中的应用

本文介绍了近年来高纯锗探测器技术的发展和新型高纯锗探测器在粒子物理、天体物理领域的应用,特别是高纯锗探测器在暗物质直接探测、双β衰变实验等极低本底的重要基础前沿研究方面的应用.中国已经建成了世界垂直岩石覆盖最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室.中国科学家组成的CDEX研究团队拟利用吨量级的点接触电极高纯锗探测器阵列系统,在中国锦屏地下实验室开展暗物质直接实验研究,本文也介绍了这一实验计划.     

粒子物理中的各种分形及其可能的共同基础

在粒子物理中分形除了相应于已知的多重产生的间隙性和我们提出的分形模型外，它和多重分形还广泛联系于各种标度性，某些碰撞，统计模型及统计分布等。对分维应用的主要数学方法之一的重正化群就源于量子场论。物理上我们研究发现，分形可以应用的领域一般都与高能极限有关，也许它们都可以归于高能统计模型及相关的推广的混沌模型。     

The moment of truth for WIMP dark matter

We know that dark matter constitutes 85 per cent of all the matter in the Universe, but we do not know of what it is made. Amongst the many dark matter candidates proposed, WIMPs (weakly interacting massive particles) occupy a special place, because they arise naturally from new theories that seek to extend the standard model of particle physics. With the advent of the Large Hadron Collider at CERN, and a new generation of astroparticle experiments, the moment of truth has come for WIMPs: either we will discover them in the next five to ten years, or we will witness their inevitable decline.     

核数据：核基础研究与工程应用的桥梁

 核数据特别是中子核数据是核物理基础研究、核能开发与利用以及核技术发展的基础数据，是连接核物理基础研究与核技术应用的重要桥梁，其质量直接关系到与核相关产品的有效性、安全性与经济性。概述了核数据、核数据用途以及国内外核数据发展动态，分析了国内核数据工作发展的差距，总结了国外相关核数据工作经验以及给中国核数据工作带来的启示，提出了在现有基础上如何发展中国的核数据研究工作的建议。     

现代宇宙学中的数值模拟技术和应用

宇宙尺度上物理过程的多样性和高度非线性使数值模拟成为现代宇宙学必不可少的研究手段,它不仅可以细致追踪宇宙结构的形成和演化历史,同时也为观测和理论模型的检验建立了一个桥梁.本文将总结计算宇宙学领域技术方法的最新发展,包括无碰撞粒子N体数值模拟技术,引入重子物理的计算流体方法.在此基础上,我们将针对现代宇宙学的核心科学问题,简要综述数值模拟技术在面向下一代巡天观测,尤其是暗物质和暗能量探测方面的实际应用.此外,我们选择性地讨论了数值模拟在第一代恒星和反馈作用、宇宙中的气体吸积和恒星形成,以及高红移星系盘的形成研究中所发挥的作用.因应下一代大规模巡天的开展和超级计算技术的快速进步,我们也展望了在未来十年计算宇宙学和相关科学可能取得的进展及发展趋势.     

2018年粒子物理学热点回眸

 粒子物理是研究物质的基本组成和相互作用的前沿学科。从希格斯物理、新物理寻找、中微子物理、暗物质寻找、新强子态和强作用力机制研究、以及未来对撞机研究等方面回顾了2018年粒子物理学取得的重大进展及突破。     

中微子超光速、洛伦兹对称性破坏和质量起源

本文评述OPERA实验声称的中微子超光速测量结果及其可信度;指出超光速效应将预示洛伦兹对称性破坏。然后,着重分析可能的洛伦兹对称性破坏效应应该发生的合理能量尺度,揭示这个尺度应该是普朗克能标10¹⁹GeV,比OPERA实验测量的实际能标17GeV高出18个数量级,这表明理论上预期OPERA实验可能观测到的超光速效应应该是10¹⁸量级,而非目前OPERA实验结果宣称的10^-5量级。本文进一步指出,现代相对论性量子场论完全可以自洽地描述中微子;但是,包括中微子在内的一切已知基本粒子质量的起源都必须借助于希格斯粒子（或称"上帝粒子"）,而上帝粒子至今尚未被发现,其质量又必须位于100-1000GeV范围,远远低于普朗克尺度。对这个粒子的探测是目前欧洲核子中心CERN正在运行的大型强子对撞机LHC的核心目标,发现或者彻底排除这个"上帝粒子"并由此揭示自然界一切基本粒子质量的起源是整个物理学界乃至科学界翘首期盼的划时代革命。     

压缩重子物质：从原子核到脉冲星

尽管物质世界以不熟悉的暗物质、暗能量为主，但自然界的精彩却要归功于相对少量的那些重子物质．日常生活中原子核之间Coulomb排斥有效地阻止它们通过挤压物质而聚合起来，然而天体极端环境时常出人意料：大质量恒星演化至晚期时，其核心引力如此之强以至于其他任何力（当然包括Coulomb排斥）都难以媲美——压缩重子物质就这样在超新星爆发过程中诞生，并表现为观测到的脉冲星．对这类压缩重子物质的研究将不仅加深对强作用基本性质的认识，而且有助于检验引力理论、探测低频引力波、建立精确的时间标准和导航体系，还是我国在建或拟建大型天文望远镜的核心课题．历史上Landau曾推测恒星核心存在巨大的原子核（后来发展成为“中子星”模型），我们经过研究后却认为脉冲星其实是由夸克集团而构成的凝聚体．夸克集团作为超新星爆发形成压缩重子物质的基本单元这一想法十年来并未被观测排除，而且我们还期待未来功能更强大的观测设备检验它．     

清华大学物理系核物理研究新进展

本文简要介绍了清华大学物理系最近几年在核物理研究领域的最新研究成果和进展,包括在QCD相变和相对论性重离子碰撞,核结构理论和实验研究以及中能区核反应的实验研究等方面的工作.