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物理  
  物理--2015, 44 (10)   发布日期: 2015-10-12

利用中国科学院云南天文台的2.4米丽江望远镜首先发现,并得到国外4台望远镜后续观测的证实,北京大学吴学兵教授领导的以中国天文学家为主的国际团队宣布发现了一个距离地球128亿光年、发光强度是太阳的430万亿倍、中心黑洞质量约为120亿倍太阳质量的超亮天体,它是目前已知的宇宙早期发光最亮、中心黑洞质量最大的天体。这一成果发表在2015年2月26日出版的国际顶级科学期刊《自然》(Nature)上,并成为该期杂志四篇封面推荐论文之一。这一超级黑洞的发现对宇宙早期的黑洞增长和星系演化模型提出了挑战,在国内外引起了广泛关注。

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评述

暗物质粒子属性和宇宙结构形成 Hot!

高亮
2015, 44(10): 639-645     全文: PDF (4858 KB)   ( 下载: 13212 )
摘要

暗物质是宇宙的主要物质成分,但其本质是什么仍然是现代科学亟待解决的一个重大问题。粒子物理学提供了多种暗物质粒子的候选者,不同的暗物质模型在宇宙小尺度结构方面有迥然不同的预言,所以原则上人们可以通过天文观测来限制暗物质粒子的属性。文章首先综述了暗物质粒子属性对宇宙结构形成的影响,然后阐述目前流行的冷暗物质宇宙学模型面临的一些困难,最后讨论用天文学区分冷、温暗物质模型的天文学方面研究进展情况。

广义相对论发表百年专题

爱因斯坦与广义相对论 Hot!

赵峥
2015, 44(10): 646-656     全文: PDF (3952 KB)   ( 下载: 1131 )
摘要

文章介绍了爱因斯坦建立相对论,特别是广义相对论的伟大贡献。爱因斯坦提出了光速不变原理、广义相对性原理、马赫原理和等效原理。他不仅首先指出万有引力本质上是时空弯曲的几何效应,而且首先给出了广义相对论的基本方程。文章还讨论了为什么爱因斯坦是狭义相对论和广义相对论的唯一创建者。

广义相对论——纯粹理性思维的巅峰之作 Hot!

曹则贤
2015, 44(10): 657-664     全文: PDF (4124 KB)   ( 下载: 1167 )
摘要

相对论的发展是一个长达300余年的思想历程,在爱因斯坦1915年奠立广义相对论的那一刻达到了顶峰。相对论是纯粹理性思维的胜利,是物理现实的内在和谐与数学表达的形式美学之间完美的相互激励。物理规律的变换不变性是相对论的核心思想。沿着朴素相对论、伽利略相对论经由狭义相对论抵达广义相对论,这一条绵密的思想河流上有最激动人心的关于物理学创造的历史画卷。

斯塔罗宾斯基与暴胀宇宙学 Hot!

胡建伟,杨润秋,王少江,季力伟
2015, 44(10): 665-670     全文: PDF (2786 KB)   ( 下载: 696 )
摘要

俄罗斯国家科学院院士阿里可塞·斯塔罗宾斯基(Alexei Starobinsky)教授是现代宇宙学暴胀模型的最早提出者之一,文中回顾了他在暴胀模型形成初期的具体贡献,并表达了他对暴胀模型和宇宙学未来发展的最新看法。

研究快讯

阻挫磁体量子蒙特卡罗研究取得进展

孟子杨
2015, 44(10): 671-673     全文: PDF (3127 KB)   ( 下载: 1406 )
摘要

不论从实验还是理论角度来看,阻挫磁体中可能存在的量子自旋液体都是凝聚态物理研究中的难点与突破点。这种由于量子涨落和磁阻挫的结合而在强关联的电子系统中涌现出的奇异物质形态,自上世纪70年代诺贝尔奖得主P.W.Anderson提出以来,反复出现在凝聚态物理研究的各个方向。它可能是最终理解高温超导机制的钥匙,可能是拓扑量子计算的载体,而且更有可能意味着现有的以对称性自发破缺为基础的凝聚态物理相变理论需要做重大的改写甚至重写。因此,对于阻挫磁体中可能存在的量子自旋液体的研究,具有重大的理论和实际意义。但是,由于阻挫磁体极其复杂,属于强关联的量子多体系统,展现出量子临界涨落、磁阻挫、基态拓扑简并、拓扑量子序和长程量子纠缠等效应,传统的以微扰论和平均场为出发点的解析方法已经难以提供定量甚至定性的结果。面对如此困难,以量子蒙特卡罗模拟为代表的无偏差或少偏差的数值方法,随着计算机性能的突飞猛进,在这些艰深的课题上体现出了力量,在模型的层面上已经确定地寻找到了一系列量子自旋液体。这些结果,有力地帮助人们扩展对于阻挫磁体和其中可能存在的量子自旋液体、量子自旋冰和团簇莫特绝缘体的认识。

前沿进展

实用化超导材料研究进展与展望

马衍伟
2015, 44(10): 674-683     全文: PDF (3200 KB)   ( 下载: 2465 )
摘要

超导技术是21世纪具有重大经济和战略意义的高新技术,在国民经济诸多领域具有广阔的应用前景,如在超导弱电应用中的超导量子干涉器、滤波器;在超导强电应用中的电缆、限流器、电机、储能系统、变压器、磁体技术、医疗核磁共振成像、高能物理实验和高速交通输运等。实用化超导材料是超导技术发展的基础。目前,国际上发现的实用化超导材料主要有低温超导线材、铋系高温超导带材、YBCO涂层导体、MgB2线带材以及新型铁基超导线带材。文章在简要介绍超导材料发展历程的基础上,重点综述了上述实用化超导材料制备及加工、性能和应用方面的最新研究进展,并对相关领域存在的问题及今后的发展作出展望。

物理攫英

对癌症治疗的粒子束成像

贺鹏博 译
2015, 44(10): 684-686     全文: PDF (1813 KB)   ( 下载: 816 )
摘要

2014 年因病死亡人数中有将近1/7 是由癌症导致的,并且新增肿瘤患者数量为1400 万。其中,多数患者选择接受放射治疗或者放疗联合化疗以及手术等治疗手段。放射治疗的最终目标是使高剂量区域均匀分布在肿瘤靶区,同时使正常组织得到有效保护。
在过去10—15年间快速发展起来的新型放射治疗技术当属质子和碳离子放射治疗。离子束用于临床治疗最早由Robert Wilson 提出,其不同于X射线的主要优势在于倒转的深度剂量分布,即Bragg峰。而离子束的能量决定了离子束的射程。因此,在肿瘤放射治疗中医生通过选择合适的离子束能量就可使高剂量区域精确分布在肿瘤靶区,而肿瘤后面的正常组织得到有效保护。

探测到来自地幔的中微子

周书华 译
2015, 44(10): 686-686     全文: PDF (1852 KB)   ( 下载: 809 )
摘要

地球内部长寿命的放射性同位素的不断衰变对地球加热并发射出中微子。用大型探测器可以观测这些中微子。Borexino 合作组最近报道了一组新的关于这种“地球中微子”的数据,并指出,其中至少一些源自地幔。这项工作可以使研究人员更好地理解放射性衰变如何帮助驱动内部的地球物理过程,包括地幔中岩石的缓慢迁移。
中微子与物质的相互作用极其微弱。当中微子穿过1 光年厚的铅墙时,只有一半的中微子被阻止,所以,探测中微子是很具挑战性的。但是Borexino 和另一个国际合作组KamLAND 使用大型探测器曾以很高的置信度探测到地球中微子。研究人员希望通过更多的数据获得关于放射性同位素在地球内部的分布,以及它们释放给地下不同区域的热量分布的进一步信息。

发现难以捉摸的五夸克态

徐仁新 译
2015, 44(10): 687-687     全文: PDF (1475 KB)   ( 下载: 1453 )
摘要

包括质子在内的重子由3 个夸克组成,而介子则由一对正反夸克组成。可否由若干夸克和反夸克构成其他形态的粒子?这一问题很难从理论角度回答。然而,欧洲核子研究中心LHCb 合作组报道了这类粒子中的最新一例:以前从未见过的五夸克态粒子,其组分包含构成质子的夸克和一对正反粲夸克。探测到这个粒子看起来有点诧异:虽然五夸克态的存在不会导致修改粒子物理标准模型,但是早先搜索较轻夸克组成的五夸克态要么落空要么不能实验重复。通过研究这一新的夸克态,物理学家可更好地认识束缚态夸克之间复杂的作用力。

物理学史和物理学家

中国物理学初创时期的三条发展轨迹

胡升华
2015, 44(10): 688-691     全文: PDF (3859 KB)   ( 下载: 1152 )
摘要

中国国内的物理学高等教育始于民国初年(以1913 年北京大学开办物理学门为标志),国内的物理学研究则始于20 世纪20 年代后期。中国物理学初创时期有三条很显著的发展轨迹:第一条是清华大学物理系培养栋梁之才,着眼于“提高”的轨迹:有叶企孙、吴有训的长期经营,稳定的庚子赔款办学经费,强大的师资、高质量的生源及填补学科空白的精心设计;第二条是燕京大学物理系心怀苍生, 着眼于“ 普及” 的轨迹:谢玉铭(谢希德院士的父亲)、班威廉(William Band) 的长期经营, 稳定的教会办学经费,以宗教的热忱、服务大众的理想,进行有效的播种;第三条是北平研究院物理研究所的轨迹,开辟研究道路,让物理学研究从无到有:严济慈的长期经营,研究人员心无旁骛,一心一意做研究,能做什么就做什么。

物理学讲堂

广义相对论与黎曼几何系列之六:狭义相对论的诞生

张天蓉
2015, 44(10): 692-695     全文: PDF (2743 KB)   ( 下载: 1587 )
摘要

据说爱因斯坦仅用两个星期就建立了狭义相对论,这固然因为他是天才,但也不能不承认当时这个理论已经万事俱备只欠东风、水到渠成呼之欲出的事实。
当年,牛顿力学和麦克斯韦电磁理论两者都取得了巨大成功,但各自建立时没有相容的考虑,之后才发现有不相容之处。牛顿力学建立在伽利略变换的基础上,对所有的惯性参考系都是等价的,符合伽利略的相对性原理。而麦克斯韦经典电磁理论却似乎要求有一个绝对静止的“以太”参考系存在。由于历史的原因,以太在人们脑中根深蒂固,以太一词在法语中为夏天的意思,古代的人们认为它是天上的物质,是第五种元素,热的元素。因此,当电磁理论与相对性原理产生了矛盾时,许多科学家倾向于承认以太而摒弃相对性原理。因为人们始终认为光是某种物质的振动,而像以太这种漂浮于整个宇宙空间的物质便是这种热振动的承载体。因此,以太是不可否定的,当时物理界掀起了一股以太热:理论物理学家们尽力建造以太的机械模型,实验物理学家们则竭尽所能来寻找以太。然而,多种方法的探索却始终未能成功。

超导“小时代”

超导“小时代”之二:人间的普罗米修斯

罗会仟
2015, 44(10): 696-700     全文: PDF (7444 KB)   ( 下载: 1280 )
摘要

我使人类不再能预知死亡,我把盲目的希望放在他们心里。此外,我把火也给了他们。——古希腊埃斯库罗斯《被缚的普罗米修斯》
据神话传说,泰坦十二神的伊阿佩托斯与海洋女仙克吕墨涅生下了普罗米修斯。这位号称“深谋远虑”的古希腊神仙,估计是一位雕塑艺术家,因为他的杰作就是用黏土制做“山寨神仙”——人类。后来智慧女神雅典娜赋予了人类智慧和灵魂,希望他们能和神灵一起共享这个美丽世界。众神之王宙斯显然不喜欢这个创意,他试图压制人类的发展,其中最狠的一招是不给人类火种。普罗米修斯为了呵护他的创作,给人类盗来了天火。有了火的人类学会用光明驱赶黑暗,用温暖抵御寒冷,渐渐高出其他动物一等。普罗米修斯为自己的行为付出了惨痛的代价——他被愤怒的宙斯狠狠体罚,绑在了高加索山岩上饱受日晒鹰啄之苦,直到勇猛的赫拉克利斯前来解救他。

书评和书讯

巴黎原子物理学派送给中国物理学界的两件瑰宝面世

王义遒
2015, 44(10): 701-702     全文: PDF (1692 KB)   ( 下载: 920 )
摘要

在当下物理学发展中,原子分子和光物理(AMO)领域无疑再次成为快速飞跃的前沿。它还使该领域与物理学的其他领域,如凝聚态物理和高能粒子物理紧密结合起来,并成为许多高新技术的源头。我国从事此领域研究和教学的人数也在迅速增长。他们迫切需要一些引领入门和统揽全局的科学著作。
以“巴黎高等师范学校”(Ecole Normale Superieure,ENS)为代表的巴黎原子物理学派,对国际AMO领域发展做出了杰出贡献。他们获得了三次诺贝尔物理学奖:1966 年A.Kastler 因发明光抽运和光磁共振方法;1997年C. Cohen-Tannoudji因对原子的激光冷却和陷俘做出重大贡献;2012年S. Haroche因发展光子的无破坏检测方法,实现单个量子系统的测量和操控。仅从这些题目,我们就可以体会到该学派的研究特色和对AMO物理的重大推动作用。

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