灼眼的希梅亚 灼眼的希梅亚
Saitohimea
关注数: 3 粉丝数: 37 发帖数: 2,182 关注贴吧数: 13
实验中观测到光子的戈德斯通模和希格斯模 物理系统所遵守的自然定律具有某种对称性,而物理系统本身并不具有这种对称性,则称此现象为自发对称性破缺。对称性自发破缺后,会产生两种类型的激发粒子: 一种无质量,被称为戈德斯通(Goldstone)粒子,这种粒子也被称为戈德斯通模; 另一种有质量,被称为希格斯(Higgs)粒子,这种粒子也被称为希格斯模。无质量的戈德斯通模已经在量子反铁磁体、超流和冷原子系统中检测到。德国科学家Ulf Bissbort等人首次在光晶格冷原子系统中的强相互作用玻色子里检测到有质量的希格斯模。希格斯模也可以用超导中的拉曼散射和弹性中子散射实验检测。 由德国科学家Manuel Endres等人于2012年在二维光晶格的冷原子系统中检测到希格斯模并且计算了它的衰变几率。实验上在陷俘系统中检测到希格斯模的离散性质。在相对论量子场论中人们已经熟知由希格斯机制可以推导出各种基本粒子的质谱。尽管人们已经预言了许多基本粒子的质量,但是原始的有质量的希格斯粒子依然是难以确定的,直到最近在大型强子对撞机所做的质量为125GeV和宽度为6MeV的实验中它才最终被确定下来。 实验中研究了N个二能级原子和单模微腔耦合的光学系统,通过减少原子数观察到戈德斯通模和希格斯模。他们使用1/J展开和精确对角化两种方法,分别计算了超辐射相位里的戈德斯通模和希格斯模的能量,和它们相应的光谱权重,其中J=N/2 (J是系统的总自旋),N是有限的。他们发现随着二能级原子数N减少到N=2时,由以上两种方法得到的结果都吻合。这表明用多体理论研究拥有大量粒子数的凝聚态系统的方法,也可以用来研究只有几个粒子的凝聚态系统。他们还使用1/J展开的方法研究了反向旋转波的效应,发现对几个原子来说,如果反向旋转波中原子与光子的耦合参数和旋转波中的原子-光子的耦合参数之比g'/g<1/3,在反向旋转波中有限尺寸效应将占主导。他们提出了一些减少临界耦合强度gc的方案,使得这两种模式可以在一些方便光学测量的实验系统中观测到。 链接:http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fwww.iphy.ac.cn%2Fxwzx%2Fkydt%2F201312%2FP020131225556850307351.pdf&urlrefer=6823ccc74274a698f1175bcb260823ea
研究人员预言存在一种新奇配对超流相 在费米系统中,两个粒子通过配对产生超导或超流的性质,是一种典型的量子强关联现象。自从1911年实验上发现超导体之后,对该现象的研究持续了一个多世纪,并涵盖了包括凝聚态物理、粒子物理和天体物理等多个分支。在上世纪60年代,Fulde和Ferrell,以及Larkin和Ovchinnikov分别提出有可能在磁化的超导材料中实现质心动量不为零的新颖配对态,即所谓FFLO态。由于在传统的固态材料中观测FFLO态遇到了种种困难,关于这一新奇超流态的理论预言在固态系统中一直没有得到实验验证。近二十年来超冷原子气体实验技术的发展为研究费米系统中的新奇配对超流相提供了崭新的平台。2010年,美国莱斯大学(Rice University)的研究小组在准一维自旋极化超冷费米气体中第一次观测到了FFLO态存在的迹象,标志着基于超冷费米气体的量子模拟进入新里程,引起了人们极大兴趣。另一方面,当前对固态体系里量子自旋霍尔效应及与其相关拓扑相的研究方兴未艾。人们在此基础上提出在二维费米体系中可能出现拓扑超流态,其涡旋激发的中心存在受拓扑保护的Majorana费米子。 Majorana费米子是一类特殊的粒子:它是自己本身的反粒子,其独特的统计性质使Majorana费米子有可能为实现受拓扑保护的普适量子计算提供宝贵的资源。寻找Majorana费米子在基本粒子物理和暗物质的研究中也具有重要意义。由于Majorana费米子没有电荷,也没有自旋,因此在自然界很难被捕捉到,在实验室中经多年努力也尚未能观察到。若能在冷原子气体中得以实现,其意义十分重大。因此如何在冷原子气体中实现这样的拓扑超流态自然也成为备受关注的课题。 最近的研究成果发现:通过在超冷费米原子体系中同时引入自旋轨道耦合效应和磁场,可以在较大观测范围内找到有限动量配对的超导态。通过研究自旋轨道耦合效应对Berry相位的影响,联合研究小组在理论计算中发现他们所找到这种有限动量配对的超导态具有拓扑性质,并找到了其可能存在的费米点,这为在超冷原子气体中实验探测以准粒子形式存在的马约拉纳费米子提供了一个新方案。 研究发现在二维费米气体中可以通过引入Rashba类型的自旋轨道耦合和等效磁场实现拓扑非平庸的FFLO态。在这一体系中,自旋轨道耦合会引起自旋混合,而等效磁场会引起拓扑性质的变化和手征对称性的破缺。这两者结合,会诱导出多种配对可能性的竞争。易为和张威系统描绘了该系统的相图,证明了FFLO配对的稳定性,并刻画了不同FFLO态的拓扑性质。同时讨论了在超冷费米气体中制备和探测这一新奇拓扑超流相的方法。这为深入理解费米体系中的配对机理和实现新颖的配对超流态提供了支持。 两项研究成果分别在线发表于刊出的同一期《自然·通讯》上。
观测到经典噪声中量子关联恢复现象  量子关联是量子信息处理过程中的有用资源,是实现量子计算和量子通信的关键,然而量子关联很容易受到周围环境噪声的干扰。量子关联在马尔科夫噪声中会渐近衰减,甚至会在有限的演化时间内完全消失。而在非马尔科夫噪声中,量子关联在演化过程中可能会得到恢复,从而延长关联的使用时间。   由于量子环境对系统有反作用,通常将量子关联的恢复现象归结于系统与非马尔科夫环境之间量子信息的来回交换。然而最近人们发现,在经典噪声中也存在着量子关联的恢复现象。经典环境并不能存储或者共享量子体系中的量子关联,因此无反作用经典环境下的量子关联恢复将为理解量子信息科学中的一些基本现象提供新的视角,比如经典环境在量子信息处理以及系统演化过程中可能存在环境噪声集体效应和记忆效应等。   研究组利用自发参量下转换过程制备高纯度的两光子贝尔对角态。利用其中一个光子的路径自由度模拟随机的经典场,通过不区分光子路径的测量方式实现特定的经典化过程。通过利用巴比涅补偿器精密调节不同路径上的相位,从而得到量子关联的时间演化特性。这项工作使得在无反作用的经典环境中对量子关联资源的调控成为可能,能够进一步简化量子关联恢复所需要的条件,并且为研究量子关联在经典环境中的恢复提供了一种新思路。 研究成果11月29日在线发表在《自然· 通讯》杂志上。
量子阱可用于高效能量收集器   目前,开发热电能量收集器的最大挑战是怎样造出既高能又高效的系统。科学家在不断实验和改进制造热电能量收集器的材料,其中之一是量子点,一种具有半导体性质的纳米晶体。量子点有着清晰的能级,所以是极佳的能量过滤器,对热电设备来说也是一种重要的性质。量子阱是由两种不同半导体材料相间排列,具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱,其结构和能量过滤机制都与量子点完全不同。   研究人员设计的热电能量收集器,以共振隧道量子阱为基础,由一个中心空腔通过量子阱与两个储电池相连而构成。中心空腔的温度保持着比两个储电池更高,量子阱作为过滤器,允许一定能级的电子通过。总体上,中心空腔和储电池之间温差越大,电流和输出功率也就越大。 应用方面,量子阱能量收集器却有着广阔的前景。首先,用量子阱制造能量收集器比用量子点更容易;其次,量子点要属性一致才能良好发挥作用,量子阱却不必如此;此外,量子阱还能在室温下操作,因而用途更广。比如,可以用这种能量收集器把计算机芯片电路中产生的废热收集起来,再转化成电能,这样既能节约用电,又能降低芯片制冷能耗。 相关论文发表在最近的《新物理学杂志》(New Journal of Physics)上。
为加速中国粒子物理的发展,应修建50~70公里的环形对撞机 从去年7月欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)试验宣布发现希格斯玻色子,到颁发2013年诺贝尔物理学奖,仅仅过去了一年多的时间。 而从1964年比利时科学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯等多名科学家提出该粒子的相关机制和理论至今,已过去近50年的时光。 10月8日,2013年度诺贝尔物理学奖尘埃落定。恩格勒和希格斯因成功预测希格斯玻色子而获奖。这个曾经“扑朔迷离”,让众多物理学家倾注多年心血寻找的“上帝粒子”,终于实至名归。 本届诺贝尔物理学奖的宣布连续推迟了三次,比原定时间推迟了一小时,成为科学界广泛讨论的焦点。美联社称:“这样的情况并不多见,诺奖通常准时宣布。” 直到当地时间12点45分,瑞典皇家科学院常务秘书斯塔凡·诺玛科才说:“下面宣布我们今天作出的选择。”一种观点认为,投票过程并不顺利。这是由于,同时期提出希格斯粒子的有三组共六名科学家,除了已经去世的罗伯特·布绕特,还有五名科学家。根据诺奖获得者不超过三人获奖的惯例,这五名科学家不可能同时获奖。 因此,评审委员会不得不在五名科学家中选择最多三人获奖。 不过,陈和生表示:“根据经验,诺奖获得者名单会经过较长时间的严格评估,不太可能刚刚才决定下来。”今年5月底,一名物理学家就向陈和生透露,他正在为诺奖委员会对希格斯粒子的发现作评估。 截至记者发稿时,诺奖委员会尚未对推迟作出解释。无论如何,最后一小时内究竟发生了什么,都已成为2013年诺奖的插曲。 2012年7月,CERN的一组科学家宣布,他们通过对撞机发现了一种新粒子,该粒子很可能就是希格斯玻色子。 陈和生说:“在经过全世界物理学家近半个世纪的努力,去年找到了希格斯粒子。” “从探测器建造到数据分析,中国科学家也作出了重要贡献。” 同时,“在创新驱动的背景下,我国高能物理正在快速发展。目前,中国粒子物理在部分领域已经处于世界领先水平。”陈和生表示,“例如,北京正负电子对撞机、中微子震荡等。” 中科院理论物理所研究员李淼表示:“我对中国粒子物理的未来感到很乐观。” 科学家认为,未来希格斯粒子研究还有很大空间,中国科学家应把握当前的良好机遇。 中科院理论物理所研究员杨金民指出:“未来,发展高能物理的中心任务是精确检验希格斯粒子的性质和寻找新物理,因此,对撞机将不遗余力地提升亮度和能量,更激动人心的新物理值得期待。” 不过,据李淼介绍,我国在希格斯粒子方面没有开展独立研究,主要是由于研究设备尚未成熟。因此,科学家建议,为加速我国粒子物理的发展,应修建50~70公里的环形对撞机。 在娄辛丑看来,拥有自己的“希格斯工厂”是中国粒子物理学发展的良好机会。“不仅能推动中国高科技加工以及精密机械的发展,还能为国家培养科研人才。”他希望,今后中国每年可以产生5万个希格斯粒子,并对其进行研究。
可积模型理论研究新进展 可积模型又称为精确可解模型,是数学物理领域的一个重要分支。这些模型不但具有优美的数学结构,同时具有丰富的物理内涵,在数学和物理学的多个领域例如量子群和量子代数、场论、弦论、统计物理和凝聚态物理中都扮演着非常重要的角色,尤其是为某些重要的物理概念提供基准。 U(1)对称是物理学中最重要的对称性之一,它对应于粒子数的守恒定律。而U(1)对称破缺在很多物理系统中如高能物理、粒子物理、统计物理和凝聚态物理出现。在凝聚态物理中,典型的例子有超导、超流及自旋-轨道耦合系统等。目前,对这类问题的理论处理除了平均场理论和重整化群理论外没有特别好的办法,特别对U(1)对称破缺的强关联体系,这两种方法有时在定性上都不能保证其准确性。在过去几十年人们的确发现了一些U(1)对称破缺的可积模型,这些可积模型的精确解无疑会为理解U(1)对称破缺物理系统提供重要的基准。遗憾的是,几十年来,除了极个别的特殊例子,没有一个系统的方法可以求解这类模型。 他们提出了推广的T-Q关系,进而得到了模型的精确解。以拓扑自旋环和非对角边界场自旋链模型为例,他们阐述了这一理论方法。他们的方法不依赖于矩阵的表示基,完全克服了“无真空态”的困难,解决了这一遗留多年的难题,建立了一个求解可积模型简单普适的理论方法。   相关论文发表在最新一期的《物理评论快报》上
汤森路透预测2013诺贝尔奖:上帝粒子预测成热门 汤森路透旗下的知识产权与科技事业部今天发布了其2013年度“诺贝尔奖级”的“引文桂冠奖”获奖名单。 汤森路透年度“引文桂冠奖”开始于2002年,该奖项基于对化学、物理学、医学和经济学领域的科研引文分析来识别最有影响力的研究人员,迄今已成功预测了27位诺贝尔奖得主。 今年榜上有名的,在物理学,有成功预测希格斯玻色子(Brout-Englert-Higgs boson particle)的弗朗索瓦•恩格勒(François Englert) 和彼得•W•希格斯(Peter W. Higgs); 在经济学,有发展了经济调控理论的萨姆•佩兹曼(Sam Peltzman) 和理查德•A•波斯纳(Richard A. Posner); 在医学,有在DNA甲基化和基因表达方面取得奠基性发现的阿德里安•P•伯德(Adrian P. Bird), 霍华德•锡达(Howard Cedar) 和阿哈隆•拉金(Aharon Razin); 在化学,则是发展了组件链接化学的M•G•菲恩(M.G. Finn), 瓦莱丽•V•福金(Valery V. Fokin) 和巴里•沙普利斯(K. Barry Sharpless)。 巴里•沙普利斯(Sharpless)教授在2001年因其手性催化氧化反应的研究获得过诺贝尔化学奖,而组件链接化学的研究可能让他再度获奖。 本届的整个诺贝尔奖预测名单有28位研究人员,来自22个不同的学术和研究机构,6个不同的国家。 “科研中的论文引用有致谢或者说还债的作用,因为借助了他人的智力成果。”汤森路透学术与科学研究业务部门的总裁Gordon Macomber先生表示,“通过分析长年积累的科研引用,我们可以识别出各领域中具有最重大影响的研究人员和研究机构,而他们也因此最有可能得到诺贝尔奖评奖委员的关注。” 汤森路透年度“引文桂冠奖”的分析数据来自汤森路透的科研和引文索引数据库Web of ScienceTM,该奖项按化学、物理、生理学或医学、和经济学4个门类,授予最有影响力的研究人员。基于对其研究的被引用情况的全面考察,汤森路透向这些高影响力研究者授予汤森路透“引文桂冠奖”,并预测他们可能在当年或者将来获得诺贝尔奖。 具体名单太长了就不发了
在宇宙深处爆发天体中发现引力波辐射迹象 最近,Rowlinson等人系统地研究了Swift卫星探测到的短暴X射线余辉,发现磁星模型能解释约一半的事例。但是,他们得到的这些磁星的自转周期一般远大于1毫秒(对应的转动能远小于通常认为的1E52-1E53 erg),这和双中子星并合模型不吻合;另外如此慢的自转也不足以有效抵抗引力塌缩,导致磁星很难存活达百秒,与观测也不一致。一个可能的解决方案是,只有极小一部分磁偶极辐射的能量转化为了多波段余辉辐射,绝大部分磁偶极辐射能量被注入到双子星合并过程中抛射的外流物质中,这将显著提高外流体的动能。在该情形下,人们将探测到非常明亮的外流体正向激波光学、射电余辉辐射,但绝大部分短暴的光学、射电辐射都很弱,不支持该假设。剩下的一种可能就是毫秒磁星的转动能主要被引力波辐射带走,如果该磁星在垂直于自转轴方向上的椭率达到~1%。而双中子星合并诞生的磁星内部的环向磁场可能强达1E17高斯并且是各向异性的,这可以导致~1%的椭率。基于这些依据,范一中、吴雪峰、韦大明在国际上首次指出,现有的短暴数据中已经存在着引力波辐射的迹象,并预言“慢转中子星的最大引力质量约为2.2-2.3倍太阳质量”,该值与现有的天文观测结果自洽。 中科院紫金山天文台的范一中、吴雪峰、韦大明三位研究员另辟蹊径,指出与传统认识不同——现有的短暴的电磁辐射中已可证认引力波辐射信号。他们工作的研究对象是“一些短暴中的持续约100秒左右的平台状的X射线余辉辐射”而不是短暴的瞬时辐射。黑洞和中子星合并一定会产生黑洞,在这种情况下很难解释“平台状的X射线余辉辐射”。2006年,Gao & Fan以及Fan & Xu提出两颗中子星并合后可能形成一颗自转周期约1毫秒并且具超强磁场(1E14高斯以上)的中子星,通常谓之为毫秒磁星。毫秒磁星的磁偶极辐射很强,可以产生“平台状的X射线余辉辐射”或其它新的辐射信号。 相关论文已经被《物理评论D》(Physical Review D)在线发表
多国研究团队宣称罗塔猜测已被证明 震惊数学界 一个由新西兰维多利亚大学数学家杰夫·惠特尔、加拿大滑铁卢大学数学家吉姆·吉伦和荷兰马斯特里赫特大学数学家伯特·杰拉德斯组成的研究团队日前宣称:他们经过15年的艰辛努力,终于找到了所有的必要的证据去证明著名的罗塔猜测。此消息一出,震惊数学界。 罗塔猜测是美国数学家和哲学家吉安-卡洛·罗塔1970年在法国尼斯举行的第十六届国际数学家大会上提出的命题。 它可简述为:对于每个有限域,都有一组有限的障碍物防止此类实现。罗塔猜测也称有限禁阵猜测;四十多年来,它在离散数学领域得到相当的关注和研究。 罗塔猜测与数学领域内的拟阵论(几何的一种现代模式)具有相关性。拟阵论探究的是与我们所在世界完全不同的几何结构;该结构在投射下不会改变,而不是注重于距离和角度。例如,三个点是不是总能在一条直线上,四个点是不是总在一个平面上。罗塔猜测是一种运用数学去认识这些替代结构的方法。 团队成员惠特尔说道:“我喜欢把它与弗兰兹·卡夫卡的小说《变形记》中的故事相比较。这个故事说的是一个人醒来的时候发现自己变成了一只昆虫,因此他看到的世界完全不同了。 拟阵论就是使新的几何结构可视化,探究出描述大型拱形结构的方法。” “解决罗塔猜测是非常特殊的,需要很多年的合作。这有点像发现了一座新的山峰。我们跨过了很多障碍到达了一个新的目的地。我们已从艰苦的旅程返回,伤痕累累。现在我们需要创造一条路出来好让别人也可以到达那座山峰。”惠特尔说。 另一成员吉伦说:“对我来说研究项目最有意义的部分是与杰拉德斯和惠特尔的合作。我们大约每年三次在加拿大或新西兰或荷兰聚会,花三个星期探讨这一课题。有时我们因为某些问题争论得很激烈,但往往到了后面,大家都有一个一致的认识;有时我们被难点卡住,每人可能会坐在那里两小时不说一句话,只是思考如何克服困难。” 虽然惠特尔等人花了很长的一段时间致力于证实罗塔猜测,但另一项艰辛的工作现在才真正开始,因为他们要准备开始写工作成果。他们预计,这将需要至少三年时间才能完成写作任务。只有这样,才能让其他数学家进行验证。 对于他们的罗塔猜测证明,中国数学家和语言学家周海中认为:如果证明被确认,这将会是一个很了不起的成就;他们所使用的方法和思想也将会成为以后解决图论、拟阵论、组合论和最优化等问题的有力工具。(作者系荷兰莱顿大学博士后)
黑洞理论新的进展 量子引力理论是目前理论物理中的前沿热点问题,而黑洞热力学和原子干涉仪探测引力效应被认为是正在形成的量子引力理论的两个重要的“实验区”。 前者通过将量子概念引入到广义相对论来检验二者如何结合,特别是量子力学幺正性将在这两个理论的结合中经受严峻考验;而后者通过量子系统在引力场背景中的演化来试验引力对系统量子属性的影响,在这一方面广义相对论的等效原理将接受越来越严格的实验检验。 在通常的四维背景中,量子化广义相对论将会遇到不可重整化的无穷大发散项,这一问题在目前的理论中无法解决,因此一大批理论物理学家将注意力转移到三维引力中。三维引力有两个等效的拉式量,一个导致平常的BTZ黑洞,另一个导致奇异的BTZ黑洞,它们的黑洞质量和角动量相互交换,在这个工作中他们首次揭示了质量和角动量相互交换的内在机制。另一方面,奇异黑洞的熵不是标准的贝肯斯坦—霍金熵形式,因此导致热力学混乱,在这个工作中他们固定了一般三维黑洞中热力学的任意性,证明了热力学第一和第二定律仍然成立,特别是首次为奇异黑洞的非贝肯斯坦—霍金熵提供了统计解释。 于三维引力背景中奇异黑洞热力学的研究成果已经发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 110, 241302 (2013))上
黑洞不贪吃 黑洞吸积流研究中长期存在的一个争论问题是关于外流是否存在。这一问题之所以重要,首先因为它是吸积物理的基本问题,其次它还决定了活动星系核反馈的效率,而后者被认为是研究星系形成与演化的一个关键问题。袁峰研究员去年年底在ApJ杂志发表论文,从理论上证明外流必定存在。而目前《Science》杂志发表的这项新成果通过对于铁发射线的研究证明外流的确存在。具体来说,吸积流在往黑洞视界下落的过程中,大约99%的气体都以外流的形式跑掉了,只有1%的气体最终落入黑洞。这一发现完全证实了袁峰研究员的理论研究结果。 这一发现是国际合作的结果。来自美国、荷兰等多个国家、包括袁峰研究员在内的几十名科学家联合申请到了Chandra望远镜长达3百万秒的观测时间,是该望远镜有史以来进行的观测时间最长的课题之一。此外,袁峰研究员近日接受了美国国家宇航局(NASA)的采访,对相关科学问题做出了解答。 该报道的新闻链接是:http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fwww.nasa.gov%2Fpress%2F2013%2Faugust%2Fnasas-chandra-observatory-catches-giant-black-hole-rejecting-material%2F&urlrefer=37e19efc74047aea772a25162bdf4cd5 黑洞吸积是宇宙中最重要的基本物理过程之一,是我们理解活动星系核、伽马射线暴等现象的核心理论。今年的邵逸夫天文奖就授予了吸积盘研究方面的科学家。银河系中心黑洞是距离我们最近的超大质量黑洞,因此一直是研究吸积过程的最理想实验室。 《Science》杂志原文链接:http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fwww.sciencemag.org%2Fcontent%2F341%2F6149%2F981.full&urlrefer=5fa61ae15a32376451ddd26b7be2c818
【2013】搞笑诺贝尔奖一箩筐 2013年的搞笑诺贝尔奖(Ig Nobel)今天公布,其中物理学奖颁给了意大利科学家阿尔伯托·米内蒂(Alberto Minetti)、尤里·伊万年科(Yuri Ivanenko)、吉尼那·卡佩里尼(Germana Cappellini)、纳迪亚·多米尼西(Nadia Dominici)和弗朗西斯科·拉夸尼蒂(Francesco Lacquaniti),因为他们发现,一部分人有能力在池塘的水面上飞奔而不沉下去——前提是,如果这些人和那个池塘在月球上的话。双冠蜥通过超快速踩水(每秒8次),能够在水面上奔跑 在水面上飞奔是只有少数动物能够完成的一项绝活。事实上,大部分能够成功完成这一“壮举”的生物都是水黾科昆虫,它们利用表面张力漂浮在水面上,支撑自己轻盈的体重。但是,由于表面张力与周长成正比,而体重与体积成正比(差不多与周长的立方成正比),所以表面张力无法承载更大的动物。 大一些的动物采用另一种策略避免自己沉入水中,那就是奔跑:它们用充沛的体能踩击水面,产生水动力(hydrodynamic force),反作用于腿部,以支撑它们的体重。双冠蜥就是具备这种能力的典型代表,它们通过超快速踩水(每秒8次),能够在水面上奔跑。北美在求偶时也会高速踩水,每秒达到7次,最远可以在水面上飞奔超过20米——而它们的体重,可以达到1.5千克。 在各类武侠片里,大侠们借助轻功能够轻易在水面上打斗,但现实生活中,科学家通过研究双冠蜥在水面上奔跑的行为,计算得出了一个毫不出奇的答案:我们太重太弱,无法在水面上奔跑。按照估算,水动力不可能承载起我们的体重,除非我们能以超过30米/秒的速度踩击水面——这个速度需要的肌肉力量是普通人的大约15倍。 一种方式可以稍稍绕开这一限制,那就是增大脚掌的面积——或者说,穿着巨大的鞋子或者脚蹼来奔跑,不过,有科学家计算过,就算一个人的体力非常好,踩水的速度非常快,能够达到10米/秒,他要在水面上飞奔,脚掌(鞋底)面积也必须达到1平方米才行。 于是,意大利的那帮物理学家就想到了另一个点——减轻体重。当然,他们不是在提倡减肥,而是假设在更小的重力环境下来研究这个问题。确切地说,他们研究的是:穿着相对较小的脚蹼(不到0.1平方米),在较弱的重力环境下(大约是地球重力的20%),特定的踩水动作能否让水面支撑起人体的重量。 至于为什么要这么做,他们在论文中给出了回答:“据我们所知,以前还没有人在这样的重力环境下测试过人到底能不能在水面上奔跑。” 他们在研究中采用了理论与实践相结合的办法。尽管人类和蜥蜴不论是体形还是体态都大相径庭,他们还是把前人研究双冠蜥时发展出来的水动力模型,套用到了人类身上。除此之外,他们还设计了一套实验装置,让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水。通过这两种方式,他们找出了让人能够像双冠蜥和北美那样在水面上飞奔所必须的踩水频率、重力大小和质量的正确组合。 在各类武侠片里,大侠们借助轻功能够轻易在水面上打斗,但现实生活中,科学家通过研究双冠蜥在水面上奔跑的行为,计算得出了一个毫不出奇的答案:我们太重太弱,无法在水面上奔跑。按照估算,水动力不可能承载起我们的体重,除非我们能以超过30米/秒的速度踩击水面——这个速度需要的肌肉力量是普通人的大约15倍。 一种方式可以稍稍绕开这一限制,那就是增大脚掌的面积——或者说,穿着巨大的鞋子或者脚蹼来奔跑,不过,有科学家计算过,就算一个人的体力非常好,踩水的速度非常快,能够达到10米/秒,他要在水面上飞奔,脚掌(鞋底)面积也必须达到1平方米才行。 于是,意大利的那帮物理学家就想到了另一个点——减轻体重。当然,他们不是在提倡减肥,而是假设在更小的重力环境下来研究这个问题。确切地说,他们研究的是:穿着相对较小的脚蹼(不到0.1平方米),在较弱的重力环境下(大约是地球重力的20%),特定的踩水动作能否让水面支撑起人体的重量。 至于为什么要这么做,他们在论文中给出了回答:“据我们所知,以前还没有人在这样的重力环境下测试过人到底能不能在水面上奔跑。” 他们在研究中采用了理论与实践相结合的办法。尽管人类和蜥蜴不论是体形还是体态都大相径庭,他们还是把前人研究双冠蜥时发展出来的水动力模型,套用到了人类身上。除此之外,他们还设计了一套实验装置,让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水。通过这两种方式,他们找出了让人能够像双冠蜥和北美那样在水面上飞奔所必须的踩水频率、重力大小和质量的正确组合。 那些意大利科学家还设计了一套实验装置,让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水 当人体质量为66千克,脚掌(脚蹼)长度为0.17米,踩水速度为2.504米/秒,每次踩水持续时间0.295秒时,他们的模型预言,低于0.22倍地球重力加速度的环境中,人就有可能在水上跑起来。 踩水速度和踩水持续时间的数据是他们在实验中获取的,这是人类在地球环境下体能足以维持的数值。他们的模型还表明,在月球重力环境下(0.16倍地球重力加速度),每秒踩水1.7次的话,能够在水面上奔跑的人,但体重不能超过73千克,否则还是会沉下去。 接下来,轮到人体实验华丽登场了!他们的实验表明,人能够在水面上跑起来的最高重力加速度,大约是0.22倍地球重力加速度。在不到0.1倍地球重力加速度的环境中,所有自愿者都能够“水上飘”。重力加速度越大,就会有越多的人沉到水里。他们在实验中还发现,自愿者选择的踩水频率和踩水速度与重力环境无关,所以就算真的到了月球上,人类可能也会以同样的方式踩水。 这项研究到底有什么意义呢?当然不是为了到月亮上去玩“水上飘”。这些意大利科学家在论文中写道,“这些问题涉及比较生理学。”这一点倒是很显然,因为他们把蜥蜴模型套用到了人类身上。“除此之外,对水面上这种运动模式的重组和适应,或许有助于设计制造仿生机器人,也有助于寻找新的运动技能。”好吧,这就有些让人挠头了。 或许,要等到人类重返月球的时候,这项研究才能够有真正的实用价值吧。
让中微子不再“藐视”标准模型、 有一种粒子公然藐视物理学家标准模型的规则,它就是中微子。根据理论,中微子不具有质量。但是,事实情况是,中微子有质量,从理论的角度来说,它们表现得“天马行空、不受拘束”。 美国黑堡镇弗吉尼亚理工学院理论家Patrick Huber表示:“在中微子物理学领域,允许和标准模型存在10%、20%或50%的偏差。”对那些寻求新物理的人而言,“中微子是一个值得钻研的领域”。 中微子源于一种形式的核衰变,与其他物质的相互作用力很弱。中微子的表现形式很多样,1998年,物理学家利用日本一个矿内的超级神冈探测器,发现中微子具有质量——尽管不足电子的十亿分之一。 但根据爱因斯坦的相对论,中微子是无质量的,它们不得不以光速飞行。在这种情况下,时间对于中微子而言几近停止,变化也可以忽略不计。 对于中微子各种“不合常理”的表现,美国伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学理论家André de Gouvêa说:“你绝对可以说中微子在物理学领域是一颗脱颖而出的新星。” 中微子有三种类型——电子、μ子和τ子,在振动中它们可以从一种类型转变成另一种类型,这一现象可以被6种参数描述:质量上的3种不同(这决定着振荡的速度)和3种不同的混合角(这决定从一种形态转为另一种的差异)。 在过去的18个月中,这一模型聚焦的范围已经进一步缩小。 2012年3月,中国大亚湾反应堆中微子实验工程的物理学家测量了最后一个未知的混合角,并发现其比很多人曾经预想的大。3个已知的混合角都大于零度,结果显示中微子和反中微子能够以不同的方式振荡 美国伊利诺伊州巴达维亚市费米国家加速器实验室(Fermilab)的Robert Plunkett说,大亚湾反应堆中微子实验表明,如果CP不守恒确实存在,那么它能够被相对容易地观测到。“曾经被认为很艰巨的任务,现在已处于我们的掌握之中。”他说。 今年3月,这个新模型更为引人注目,宇宙学家利用欧洲航天局的普朗克飞船完成了其宇宙微波背景实验。该分析探究了中微子形态的数量,对可能存在的第四种中微子提出了怀疑。 de Gouvêa:“目前确切证实的3种类型的中微子相互作用良好。这个结果也许令人失望,但这就是事实。” 物理学家计划开展以前从未有过的更大规模的实验:将中微子发射到距离地球数百公里外的区域,允许它们在飞行中改变形态。在美国,被提议的长基线中微子实验将利用储存在南达科他州里德附近废弃的霍姆斯特克矿地下的巨型探测器,探测从1300公里外的Fermilab发出的中微子束。在日本,计划中的Hyper神冈实验将探测从295公里处发出的中微子,探测器的规模是超级神冈的20倍。 物理学家希望,通过采取一系列不同的测量方法,能找到现有中微子模型间的差异。美国纽约布鲁克海文国家实验室物理学家Mary Bishai:“如果我们试图以不同的方式观测中微子振荡,惊喜是否会出现?3种形态的中微子模型是否会被瓦解?” 物理学家还希望首先知晓中微子是如何获得质量的。和标准模型中的其他粒子一样,中微子能够从希格斯场的作用中获得质量。或者,它们可能通过所谓的翘翘板机制获得质量。但是要实现这一目标,中微子必须有一个特性:它是其自身的反粒子。 为了进一步证实猜想,物理学家正在使用地下探测器寻找一种被称为“无中微子双β衰变”的核衰变新类型,这种情况只有在中微子是自身反粒子时才会发生。迄今为止,还没有出现一些强有力的证据。 7月,意大利格兰萨索国家实验室地下锗探测器阵列(GERDA)实验显示,先前宣称观测到的锗-76同位素是不实的。如果衰变确实存在,很多研究人员怀疑需要更大型(重达1吨或数吨)的探测器才能进行观测。 尽管中微子物理学“不走寻常路”——与标准模型存在偏差,其仍是研究人员热衷研究的领域。
物理学界多管齐下“围剿”新物理 尽管现有的标准模型盛行,但宇宙学家和粒子物理学家渴望发现一些他们无法解释的新东西。 对宇宙学家来说,这是10年中最热切期待的结果,对另外一些人来说,这是一个令人失望的结果。 利用欧洲航天局的普朗克卫星,科学家呈现了宇宙微波背景辐射(CMB)的实验结果(CMB被认为是大爆炸的“余烬”)。自上世纪90年代起,CMB观测已经证实宇宙在一次大爆炸中突然诞生,还解释宇宙包含了多少物质和能量。 宇宙学家期待普朗克能提供更深入的资料。 普朗克已经完成了它的使命。2009年发射后,它以极高的敏锐度和准确性观测了天空中CMB温度的细小变化。结果和理论预测有近乎完美的吻合。这也是问题所在, 英国剑桥大学宇宙学家兼普朗克团队一员George Efstathiou :“没有证据显示,新物理学超出了我们先前的知识范畴。” 陷入困境的不仅仅是物理学家。数十年来,粒子物理学家一直徒劳地努力着,试图找出他们的标准模型无法解释的现象——只有一个例外。去年,物理学家发现了希格斯玻色子,它是标准模型中最后一种未被发现的粒子。今年,物理学家证实,和标准模型的预测一致,希格斯玻色子具有一些基本属性。 Efstathiou:“我们知道这些理论是不完整的。因此必须反复推敲模型直到它们显示出缺陷。”理论家们已经构思出各种各样的超越标准模型的大胆理论。但是,实际上,对于旨在发现新现象的一系列针对最具潜力对象的实验,没有人保证一定能发掘出宝藏。
东方超环与DIII-D首次联合实验获得成功 DIII-D是美国通用原子能公司建成的托卡马克实验装置。8月21日至22日,东方超环(EAST)与DIII-D关于先进托卡马克稳态运行模式的首次联合实验在DIII-D托卡马克装置上获得成功,实验验证了完全依靠自举电流和非感应驱动电流的托卡马克高性能稳态运行的可行性。 实现托卡马克高性能稳态运行是国际热核聚变实验堆(ITER)的目标之一。目前国际热核聚变实验堆提出的高性能稳态运行方案还未得到实验的验证。东方超环作为一个超导托卡马克装置,为ITER预演稳态运行是其重要使命。东方超环下轮实验加热功率将升级到超过20 兆瓦,如何使用这些功率实现具有高参数的稳态等离子体,是东方超环目前面临的一个关键课题。通过与美国通用原子能公司此次合作,等离子体所科研人员在DIII-D上模拟了EAST的实验条件,成功实现了与EAST等效旋转扭矩注入。  这次实验验证了完全依靠自举电流和非感应驱动电流的托卡马克高性能稳态运行的可行性。这种运行模式具有高芯部安全因子,从而避免了最具破坏性的宏观不稳定性(例如低模数的新经典撕裂模);具有芯部和边界双输运垒,从而保证了高约束性能;并且边缘局域模(ELM)触发内部输运垒周期性崩塌,从而使芯部聚集的杂质得以排除,使得内部输运垒和高约束性能得以长时间维持。EAST将使用强大的低杂波取代DIII-D上的离轴中性束将这种运行状态维持到物理意义上的完全稳态。 原文链接 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fwww.hf.cas.cn%2Fxwzx%2Fjqyw%2F201308%2Ft20130827_3918741.html+++&urlrefer=b20ec78b69fa356e6388cf15897cb077  
【PRL】研究提出求解自然界强相互作用新方法 在近期的物理评论快报上, 物理系季向东教授发表了一篇题为《Parton Physics on A Eucliean Lattice >> (欧几里得时空格点上的部分子物理) 的文章(110, 262002 (2013), ) 介绍了在量子色动力学研究中取得的最新成果,解决了困扰强相互作用物理研究方面的一个重要问题。 质子和中子是由夸克(quarks)和胶子(gluons)组成, 其内部的运动规律是由强相互作用的基本理论---量子色动力学 (SU(3)规范场理论)---来描写。在过去的半个多世纪中,质子和中子的内部结构研究是通过多种高能加速器的实验来进行。高能实验的一个基本特征是可以用来测量质子和中子内部夸克和胶子(又统称为部分子)的光锥关联函数, 即部分子在时间和空间上以光为运行轨迹的关联。 这种关联的测量成为高能物理研究质子和中子内部结构的强有力的工具。遗憾的是这些大量测得的部分子关联一直没有办法用量子色动力学来进行计算。 唯一能用这个基本理论来进行计算的是1982年物理学诺贝尔奖获得者Ken Wilson 发现的欧几里得时空格点的办法。但这个办法通常认为是不能直接用来研究含时关联函数包括部分子分布的。 季向东教授的研究发现, 通过在时空格点上产生高速运动的质子和中子,可以把部分子的光锥关联退化为纯的空间关联,从而可以用大型计算机来模拟部分子物理。初步结果表明,这个思想为质子结构的量子色动力学研究开辟了一个全新的办法。 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fprl.aps.org%2Fabstract%2FPRL%2Fv110%2Fi26%2Fe262002&urlrefer=91c505dc182f90d683eac3fcc6cfd566
量子加密应用到智能手机有多远。。。 常用密码学通常依赖某种数学算法,随机生成解密密钥,使信息发送者最终发送出一条加密信息,通过公共网络后,接收者可以通过解密密钥将信息还原。但是量子加密技术利用了量子物理学的某些奇特现象,可以使传送中的密钥无法被人拷贝,也无法被偷走和破解,除非发送者主动丢弃了这个密钥。 要创建一个安全的量子学密码,两个系统(发送方和接收方)必须完美地结合在一起,这两个设备可以做到精确地调节量子密匙通信过程中的单个光量子 跟传统加密密匙不一样,如果你不是预期接收者你不可能拦截通信,这是量子力学的基本特征之一,被称为观察者模式,可完美地将观察者和被观察的对象分离开。在这个模式中,观察者是主导者。如果你发送一个量子编码的加密密匙,碰到有人窥探时,它就会通过观察者这端“可检测的方式”自动改变密匙,受损的数据可以剪断,其余的字节则保持完好无损。 这个突破来自英国布里斯托尔大学的一个新的、更强健的量子加密协议称为rfiQKD,代号BB84。这个新协议可以无压力操作两个系统,只要其中一方有先进的量子光学设备,就可以了,接收机另一边可以小到一个随意的移动设备。 当团队把两个实验端引入噪声系统的时候,BB84立即削减、网络连接也失败了。rfiQKD能在高噪音环境下操作,当干扰太大的时候,它可以抓取它中断时的数据状态等到干扰消失时再继续发送,这意味着编码数据可以使用rfiQKD在常规光纤电缆安全发送,也可通过空气介质安全发送到移动设备。
探索量子物理的边界:史上最快“人造自旋物”已达6亿rpm 一般人很难想象,如果一个物体的运动速度达到每分钟6亿次的话,到底是有多快。而这,正是苏格兰圣安德鲁斯大学的科学家们所要观察的。他们将碳酸钙提到了如此高的转速,以观察在围观领域所能发生的事情。 作为参考,每秒1千万转是常见洗衣机的50万倍、是常见汽车引擎转速的30万倍。这项研究成果发表在周三的《自然通讯》(Nature Communications)期刊上。 这项研究的终极目标,是为了测试百万级的原子物理对象,看条件被推倒极端时,能否产生从未实现过的奇特现象,以观察经典和量子物理学的接壤边界。 在本例中的"微观领域",数量级为4百万分之一米的直径。科学家在真空的环境下,使用了微弱的激光脉冲。得益于"两极分化"(polarization)的概念,光在通过对象的时候被施加了扭矩。 圣安德鲁斯大学的这个研究团队为了探索这个问题,制造了一个直径在四百万分之一米的微观碳酸钙球体。他们随后使用微弱的激光来举起这个球体,这有点像用一股水流抬升一个皮球。他们将球体放在真空环境中来消除任何气体环境产生的阻力,这就使研究团队获得了非常高的旋转速度。除了旋转之外,研究团队观察到了所有三维空间内粒子的摆动,这种现象可以被理解为运动的“冷却”。 来自该大学物理学和天文学学院的Yoshihiko Arita博士说道:“这是一个非常令人激动而且引人深思的试验,它拓宽了我们对于旋转物体的理解范围。我非常看好这种技术的应用前景。我们甚至有可能深入了解量子摩擦领域。” Michael Mazilu博士补充:“这个系统提出了关于热力学的有趣问题,而且对于现代理论是一种挑战。它的旋转速度如此之快,以至于球体表面的角加速度是地球表面重力加速度的十亿倍。令人惊奇的是这种离心力并没有导致球体解体。” 原文 : 圣安德鲁斯大学 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=http%3A%2F%2Fwww.st-andrews.ac.uk%2Fnews%2Farchive%2F2013%2Ftitle&urlrefer=cd9036e526332acb6ac2af53db75947c,224725,en.php
实验室内首次创造出对称性破缺  大约140亿年前,是什么力量创造了我们现在身处的宇宙?在宇宙大爆炸之后的短暂瞬间,对称性破缺如何导致物质、恒星以及星系从一个起初对称且各处环境一样的宇宙中制造出来?这是科学家们一直想知道的问题。尽管宇宙大爆炸仍然无法被重复,但科学家们现在的确能在可控的实验下对这种对称性破缺及其变化进行研究了。   拓扑瑕疵是空间结构内出现的错误,当一个系统内的粒子无法相互“沟通”时,对称性破缺会导致这种拓扑瑕疵。而由德国联邦物理技术研究院(PTB)、乌尔姆大学、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室以及以色列耶路撒冷希伯来大学联合进行的实验,就试图对一个复杂的多粒子系统进行控制并诱导外部环境发生变化以获得这种对称性破缺。   为了制造出这一系统,他们将镱离子捕获在所谓的“射频离子陷阱”中,并在激光的帮助下将其冷却到几毫开尔文以下。在陷阱内,阳离子会相互排斥,镱离子也在这样的超低温下呈现出晶体结构,这样就构造出了一个所谓的“离子库伦晶体”,其对称性可与早期宇宙的对称性相媲美,科学家们也可对超冷粒子以及周围的环境参数进行很好地控制。当离子在晶体内寻求新的平衡状态时,拓扑瑕疵就会出现。 基布尔提出,早期宇宙中存在一些特殊的拓扑瑕疵:在宇宙大爆炸之后的瞬间,一种对称性破缺发生,年轻的宇宙必须“决定”采取哪个新状态。此时,宇宙中各个独立的区域并不会互相交流其决定,宇宙弦和畴壁这样的拓扑瑕疵或许就被制造出来。 研究结果发表在最新出版的《自然·通讯》杂志上。
1 下一页