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  物理--2016, 45 (9)   发布日期: 2016-09-12
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评述

划时代的量子通信——写给世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号” Hot!

张文卓
全文: PDF (2597 KB)   下载:( 305 )
摘要

量子通信领域的主要两个研究方向,一个是为经典信息传输做量子加密的“量子密钥分发”,另一个是利用量子纠缠传输量子比特的“量子远程(隐形)传态”。文章以“墨子号”量子科学实验卫星的实验任务为线索,首先讲述量子密钥分发中的BB84协议的原理和应用,并系统性介绍量子比特、量子不可克隆定理、量子纠缠、贝尔不等式等概念,以及量子远程(隐形)传态的原理。文末简要介绍“墨子号”量子科学实验卫星和配套地面站的系统构成,以及空间量子通信的发展趋势。

先进核裂能专题

钠冷快堆及其安全特性 Hot!

徐銤,杨红义
全文: PDF (2701 KB)   下载:( 307 )
摘要

钠冷快堆是第四代核能系统国际论坛(GIF)公布的6种第四代先进反应堆中研发进展最快、最接近满足商业核电厂需要的堆型。钠冷快堆因其在固有安全性以及可增殖核燃料、嬗变长寿命放射性废物等方面的优势,得到了世界各国的重视。文章以中国第一座钠冷快堆——中国实验快堆(China Experimental Fast Reactor,CEFR)为例,介绍了钠冷快堆在设计及运行方面的安全特性。

加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择 Hot!

骆鹏,王思成,胡正国,徐瑚珊,詹文龙
全文: PDF (2539 KB)   下载:( 188 )
摘要

加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)是利用加速器产生的高能强流质子束轰击重核时产生的外源中子,来驱动次临界堆芯中裂变材料发生的持续的链式反应,使得长寿命放射性核素最终变为非放射性的或短寿命的核素,并维持反应堆运行,因而具有该系统所固有的安全性。ADS的中子能谱硬,通量大,能量分布宽,嬗变长寿命核素能力强,可大幅降低核废料的放射性危害,实现核废料的最少化,被国际公认为是核废料处理最有前景的技术途径。文章介绍了ADS研究的国家需求,概述了ADS技术原理及挑战,同时介绍了中国科学院战略性先导科技专项(A类)“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”这一研究课题实施进展情况,并对未来发展进行了展望。

钍基熔盐堆核能系统 Hot!

蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰
全文: PDF (3380 KB)   下载:( 196 )
摘要

裂变核能是保障能源增长需求和促进节能减排的重要手段。钍基核能具有中子增殖性能好、产生高放废料少和储量丰富等特点;熔盐堆作为第四代先进反应堆的6个候选堆之一,具有钍高效利用、高温制氢、无水冷却、适合小型模块化设计等优势和潜力。发展钍基熔盐堆,对中国的核能战略发展具有重要意义,将会有助于解决中国的能源和环境双重挑战。2011 年1 月,中国科学院启动战略性先导科技专项——钍基熔盐堆核能系统(TMSR),采取液态熔盐堆和固态熔盐堆两种堆型研发同时部署和相继发展的技术路线,致力于实现基于熔盐堆的钍资源高效利用和核能综合利用,为我国核能发展赢得先机。

研究快讯

相互作用拓扑绝缘体中拓扑不变量的计算取得进展

孟子杨
全文: PDF (2263 KB)   下载:( 200 )
摘要

拓扑物质形态,如具有拓扑序的量子霍尔态以及拓扑绝缘体,是近年来凝聚态物理领域最大的进展之一。在拓扑绝缘体中加入电子之间的强关联相互作用,研究可能涌现的新的拓扑物态,以及拓扑物态之间由于相互作用驱动的拓扑相变,是人们关心的问题。前期拓扑绝缘体的理论和实验研究,主要集中于无相互作用或弱相互作用系统,而对于强关联电子系统中的拓扑相变和拓扑不变量的精确计算却付之阙如,并且往往存在把无相互作用系统中的拓扑不变量计算方法简单推广到相互作用系统中,造成概念和实践上的混乱等现象。因此,如何正确计算相互作用电子系统中的拓扑不变量,探测相互作用驱动的拓扑相变和拓扑物态,是十分基础的问题。

物理攫英

二维范德瓦尔斯材料

陈伟 编译
全文: PDF (1720 KB)   下载:( 220 )
摘要
1959年Richard Feynman在其著名的演讲中曾经提出一个问题:当选取最合适的单层来搭建层状结构时,我们可以实现什么?随着近年来对各种家族的单层材料的研究,我们正愈发接近问题的答案,并有望实现Feynman的梦想。
物理学史和物理学家

君子九思 故成其大——贺胡思得先生八十华诞

吴明静
全文: PDF (1816 KB)   下载:( 197 )
摘要

回顾胡思得八十岁月,他丰沛绚烂的科学生涯,首先得益于一批良师。当年宁波私立效实中学“蔡代数”蔡曾祜老师一句肯定的话语,激发了少年心中的学习热情,胡思得从一个数学经常不及格的“差生”一跃成为学习尖子;复旦大学王福山、卢鹤绂、唐璞山等名师带他走进了物理学的大门,为他打下坚实的理论基础;在二机部一间办公室里,邓稼先带领他们这些大学毕业生从学习三本书开始了对原子弹理论神秘而艰辛的探索……

物理学漫谈

科学家之间——从《玻恩—爱因斯坦书信集》谈起

林志忠
全文: PDF (1987 KB)   下载:( 273 )
摘要
前些天,在书店偶然看到了前年重新发行的《玻恩—爱因斯坦书信集1916—1955(The Born—Einstein Letters 1916—1955)》一书,这本书收集了这两位物理巨擘四十年间的一百多封书信往来。书中,爱因斯坦给玻恩的最后一封信,是在他去世的前三个月写的。爱因斯坦生于1879 年,卒于1955 年;玻恩生于1882 年,卒于1970 年,两人年龄相差三岁。他们两人的友谊持续了四十多年,历经了两次世界大战,两次大战之间的欧洲社会的纷扰动荡,以及二次战后东西方的冷战时代。因此,该书信集的副书名取为:“动荡时代的友谊、政治与物理(Friendship, Politics and Physics in Uncertain Times)”。在书信集中,他们讨论物理、哲学、社会与政治,同时处处流露出他们彼此关怀的长久情谊。
超导“小时代”

超导“小时代”之十一:群殴的艺术

罗会仟
全文: PDF (3115 KB)   下载:( 235 )
摘要

战争是人类历史上有组织有纪律的群殴,纵观世界历史上大大小小的战争,基本上以少胜多或弱者战胜强者的例子极少,只要有即可列入史上著名战争之一。换而言之,基本上临时拼凑的杂牌军很难在规模宏大的正规军面前取得胜利。这背后其实蕴含着一个非常简单的物理原理:正规军所处能量状态和无序度要比杂牌军低。阵法分明、训练有素的正规军在战斗中体现的是排列有致、整齐划一,不仅在气势上压倒敌人,在实战中还可以根据形势实施高效有力的打击或防御。相比之下,杂乱无章、不听指挥、效率低下的杂牌军就很可能一触即溃。总之,处于低能有序稳定态的正规军,在大部分情况下完全可以无情地碾压杂牌军,因为相对而言敌人处于高能无序亚稳态,战争消耗必然要大得多。战场前线从正规军冲到杂牌军,就是一个熵增加的过程。

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之七十九:阶级与秩序

曹则贤
全文: PDF (2413 KB)   下载:( 299 )
摘要

圣谛尚不为,何阶级之有!——青原行思禅师 
Order without liberty and liberty without order are equally destructive.——Theodore Roosevelt 
阶级秩序次幂等是数学物理中常见的标签,胡乱地对应英文的level, order, degree, grade, rank等词。对使用和翻译上的混乱略加澄清,或可使我们的理解更多一点order and clarity。

中国物理学会通讯

关于推荐及评选2016—2017年度胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌物理奖的通知

中国物理学会通讯
全文: PDF (1097 KB)   下载:( 238 )
摘要

2016—2017 年度胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌物理奖的推荐及评选工作已经开始。现将有关事项通知如下:
一、2016—2017 年度胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌物理奖的推荐评选工作,将依照2016 年4 月8 日中国物理学会常务理事会通过的《胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌物理奖章程》进行。
二、请中国物理学会物理奖基金委员会委员、各项物理奖评选委员会委员,以及中国物理学会第十一届理事会理事做好组织推荐工作;请各省、自治区、直辖市物理学会以及各分会、专业委员会研究讨论,积极组织专家向有关评选委员会推荐符合条件的候选人。每人每奖最多推荐两名候选人。
三、被推荐者所属的学科领域,应严格依照章程的规定。其主要工作已经获得国家级奖励的,不再参加五项物理奖的评选。每人每届最多只能参加中国物理学会组织的一项物理奖的评选活动。每奖须由二人以上推荐才能受理。请于2016 年12 月31 日(以当地邮戳为准)之前将推荐书及申报书各一式12 份提交有关评选委员会的秘书。
四、各评选委员会应遵照章程的有关规定组织评审工作,于2017 年上半年评出建议获奖者,形成评选委员会意见,并提交中国物理学会物理奖基金委员会审批。
 (注:五项物理奖章程、推荐书、申报书及初审意见表,请从中国物理学会网站(www.cps-net.org.cn)下载。
中国物理学会 
2016年8月16日

读者和编者

Q&A 问答

中国科学院物理研究所
全文: PDF (1814 KB)   下载:( 197 )
摘要

Q:黑洞是如何形成的?
A:我们都知道恒星的质量非常大,大到可以在恒星中心引燃核聚变,而这核聚变又释放出巨大的能量和辐射来抵抗引力对恒星的收缩作用。但核聚变总有耗尽的一天,当恒星内部的聚变燃料全部耗尽时,恒星内部向外辐射的能量就不足以抵抗向内的引力了。这时候引力就会向内压缩。
如果这颗恒星比太阳小一些,那么这颗恒星压缩到最后会由于电子的量子排斥效应(就是费米子的泡利不相容原理)和引力平衡下来,恒星变成一颗密度为每立方英寸几百吨的白矮星或者褐矮星。
如果恒星的质量再大一些,那么电子之间的排斥作用就不足以抵抗引力了,电子会被挤压进原子核内,形成由中子组成的中子星,并由中子之间的排斥作用与引力相平衡。这时恒星的密度大概是每立方英寸几亿吨。
如果恒星的质量再大一点,超过大约3.2 倍的太阳质量(叫做奥本海默极限),那这时候中子之间的排斥作用也无法抵抗引力了。恒星会进一步压缩,这时候恒星会致密到无法想象的程度,其表面的引力会强到连光也逃不出去了。于是就形成了黑洞。

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