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  物理--2018, 47 (12)   发布日期: 2018-12-12
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2018年诺贝尔物理学奖专题

超短超强激光驱动新型粒子加速器:机遇和挑战 Hot!

盛政明,陈民,翁苏明,远晓辉,陈黎明,张杰
全文: PDF (3109 KB)   下载:( 275 )
摘要

2018年诺贝尔物理学奖授予了因发明“光学镊子”和“啁啾激光脉冲放大”两项重大技术的3位科学家。其中啁啾激光脉冲放大技术使得人们在实验室获得了前所未有的超短超强激光脉冲。文章简要介绍了由超短超强激光开拓的新兴科学前沿,特别是这种强激光技术推动下的新型粒子加速器研究的发展、机遇和挑战。

啁啾脉冲放大技术——从超快激光技术到超强物理世界 Hot!

魏志义,王兆华,滕浩,韩海年,常国庆
全文: PDF (4060 KB)   下载:( 228 )
摘要

2018年的诺贝尔奖揭晓,3位科学家因在光学技术领域作出的开创性发明而获得物理学奖。其中Arthur Ashkin教授因为发明光镊技术(Optical Tweezer)分享了一半的奖金;Gérard Mourou教授和Donna Strickland副教授因共同发明啁啾脉冲放大技术(Chirped Pulse Amplification,CPA)分享了另一半奖金。作为突破高强度激光发展瓶颈的重大技术创新,CPA技术自发明以来一直是激光物理研究、特别是超快激光研究的核心技术。文章将主要简述该技术发明的相关背景、原理、结构及所导致的激光进展和开拓的超强物理应用。

飞秒激光放大的奠基性发明及其能力边界的突破 Hot!

马金贵,王静,钱列加
全文: PDF (3036 KB)   下载:( 344 )
摘要

2018年度诺贝尔物理学奖的一半授予了法国科学家莫罗(G. Mourou)和加拿大科学家斯特里克兰(D. Strickland),以表彰他们对超短超强激光领域的奠基性贡献。他们发明的啁啾脉冲放大(CPA)方法解决了飞秒激光放大的问题,使得超快走向超强,诞生了超短超强激光新技术,也改变了人类的生活。文章将从新的视角解读飞秒激光放大的CPA方法,分析该领域的研究现状,讨论其未来创新发展趋势,深度思考如何拓展超短超强激光的能力边界。

前沿进展

时空克莱因瓶上的热力学——从二维生物的奇妙旅行到共形量子态的路径积分 Hot!

李伟,王磊,涂鸿浩
全文: PDF (3243 KB)   下载:( 223 )
摘要

在克莱因瓶和莫比乌斯带上环游世界的二维生物会经历有趣的手征变换,这可归因于这些不可定向曲面的独特拓扑性质。作者最近在研究中发现,让共形场论中的量子态在这些曲面上做“时空旅行”(路径积分),也会得到新奇而普适的热力学性质。例如,克莱因瓶上的二维共形场论的自由能中包含一项普适的克莱因瓶熵。它仅依赖于共形场论的一些基本特征。利用克莱因瓶熵,可以精确地找到量子相变点,并刻画其普适类。更一般地,不可定向曲面上的普适热力学数据不仅对于研究凝聚态和统计物理中的临界现象有意义,对于其他领域,比如全息黑洞热力学等也有启发。

研究快讯

发现人类已知锂丰度最高的巨星——极富锂巨星中锂元素的诞生之谜 Hot!

闫宏亮,施建荣
全文: PDF (2336 KB)   下载:( 212 )
摘要

距离现在138亿年前,宇宙在一次“大爆炸”中诞生了,与其几乎同时诞生的,还有锂(Li)这种轻元素。在天体物理环境中,Li是一种十分容易被消耗的元素,因为它在温度超过200万开尔文时,就很容易通过俘获质子发生反应而被分解成氦。这样“低”的温度在大部分恒星内部都是非常容易达到的,因此Li元素一旦进入到恒星内部,就很难存活。和人类一样,恒星在自己的生命周期中,会经历一系列变化,从主序星阶段演化到红巨星阶段的过程如同人类从中壮年步入老年。不同的是,恒星在这个变化过程中,会在内部出现大尺度的对流,大量恒星内部的物质会被翻到恒星表面,而表面的物质则会深入到恒星内部。在天体物理中,这个过程被形象地称为第一次挖掘过程。经历过挖掘过程的恒星会把表面大量的Li元素带入到恒星内部,Li元素由于无法承受内部的高温而遭到分解,恒星表面的Li就这样被逐步稀释。随着第一次挖掘过程的结束,恒星正式从主序星演化成了红巨星,但它表面的Li丰度却出现了1—2个数量级的递减。这是标准恒星演化模型的经典预言之一。

磁性Weyl半金属的实现及其巨反常霍尔效应 Hot!

刘恩克,Claudia Felser
全文: PDF (2031 KB)   下载:( 223 )
摘要

作为一个重要的电输运现象,反常霍尔效应的发现已有近140年的历史。长期以来的研究表明,反常霍尔效应在不同的条件下呈现出迥异的主导机制。一是由杂质原子散射所引起的外禀过程,一是晶体能带的贝利曲率所驱动的内禀行为。作为动量空间里的赝磁场,贝利曲率源于布洛赫电子的带间相互作用,对其在整个布里渊区内的积分即为体系的反常霍尔电导]。当贝利曲率由拓扑材料中具有拓扑保护特征的能带所产生时,体系内禀的大反常霍尔效应更能抵抗缺陷和热扰动的破坏,具有更高的稳定性,更有利于器件应用。本世纪之初,物理学家发现磁性材料动量空间中的磁单极子可以产生内禀的反常霍尔效应[4]。现在看来,其中的磁单极子就是人们后来发现的外尔半金属中的外尔点。这为反常霍尔效应的研究提供了全新的能带拓扑理论认识。

物理攫英

国际单位制基本量的新定义

朱星 编译
全文: PDF (2004 KB)   下载:( 361 )
摘要

2018年11月国际单位制基本量的改革方案得到了官方批准。这标志着长期以来使用实体来定义基本量方式的终结,基本量将用自然界精确而不改变的常量定义。

暗物质不会全是黑洞

徐仁新 编译
全文: PDF (1710 KB)   下载:( 167 )
摘要

搜寻超新星的引力透镜(黑洞为透镜天体)事件无果而终。研究人员因此得出结论:黑洞无法解释宇宙中所有的暗物质。

ANITA观测到另一个逆向类宇宙射线事件

周书华 编译
全文: PDF (1479 KB)   下载:( 237 )
摘要
量子十问

量子十问之三:量子技术能将人“瞬间”转移到别的星球上吗?

郭光灿
全文: PDF (1518 KB)   下载:( 165 )
摘要

经常听到有人议论,“‘量子技术’太神奇,可以实现时空穿越,将人‘瞬间’转移到别的星球上!”果真如此吗?这一问我们就稍微仔细地讨论这个问题。此说法主要依据所谓“量子隐形传态”这个经典物理无法做到的神奇过程。

物理学漫谈

二维铁电性:一泓秋水映

吴梦昊,刘俊明
全文: PDF (2690 KB)   下载:( 124 )
摘要

谁言物理似图腾
维度兴衰看几层
我辈天才千万夜
一泓铁电梦中生

具体到凝聚态物理的一些分支,对称性的威力显得格外明显,此处因为笔者的敬畏与无知,实不敢妄论其本源。粗略地看,对称性的表象之一应该就是维度。当我们将真实时空的维度降低(维度收缩)时,很多高维时空的行为可能就会变得不再稳定、不再理所当然。维度降低,意味着沿降低方向的涨落显著增强。当相互作用与涨落在能量上变得可比拟时,对称性就粉墨登场,扮演起四两拨千斤及渔翁得利的角色。此时,它有了那么一点“山中无老虎猴子称霸王” 的味道。也正因为如此,低维下一众凝聚态物理学问题都可以且需要重新梳理与探求一遍,并“诞生”出新的研究方向和热点。

超导“小时代”

超导“小时代”之三十八:走向超导新时代

罗会仟
全文: PDF (3627 KB)   下载:( 154 )
摘要

未来已来,唯变不变。

这是超导“小时代”系列连载的最后一篇,在此,希望对超导研究的历史做一个简要的总结,并展望未来的超导研究和应用。

科学咖啡馆

“意”忘“形”谋发展——中国科学院物理研究所“科技类博物馆的认识”主题讨论侧记

吴桧榛,龚则周,魏红祥
全文: PDF (1827 KB)   下载:( 176 )
摘要

“道在日新,艺亦须日新,新者生机也;不新则死。”——徐悲鸿

读者与编者

Q&A问答

中国科学院物理研究所
全文: PDF (1467 KB)   下载:( 129 )
摘要

Q:镜面反射时光走的路程是最短的,光怎么知道它走这条路的路程是最短的?

A:光没有自由意识,自然不知道它走的这条路是最短的。实际上,在镜面反射过程中,量子理论认为光其实走了所有可能的路径,每条路径都是平等的。而在几何光学中,光走的路径最短是它在经典极限下的描述。
如图,一个光子经过镜面反射从S 到P 的过程中,实际上走了各种可能的路径,每种路径贡献一个概率幅(相当于一个复数),从S 到P的概率是所有这些不同路径给出的概率幅叠加的结果。但不同的路径因为路程不同,所以光子走的时间并不相同,于是相邻的路径贡献的概率幅实际上会有不同的相位。如果路程不是最小的,较小的路径移动就会带来比较大的路程的差别,那么相邻的路径之间的时间相差就会比较明显(如图中的SAP,SBP两条路径),这样,它们之间就会发生比较明显的相消干涉从而其贡献相互抵消。而对于SGP 这种路程最短的线,关于它的微小移动不会带来比较明显的相位差别,因此这部分的概率幅就会被保留并成为主要的贡献者。所以从实际的效果来看,就等于光走了最短路程的线。
这个问题其实问的很好,著名的物理学家理查德费恩曼就是通过对这个问题的深入思考,提出了著名的路径积分理论。路径积分理论现在已成为理论物理的一块基石。

2018年第47卷第1—12期总目次

《物理》编辑部
全文: PDF (1257 KB)   下载:( 157 )
摘要

2018年第47卷第1—12期总目次

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