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物理  
  物理--2015, 44 (11)   发布日期: 2015-11-12

天文观测表明,宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。为了追寻暗物质的踪迹,我国提出了研制“暗物质粒子探测卫星(DAMPE)”计划。DAMPE是我国第一颗空间高能粒子探测器,将于2015年年底发射。它因具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强等三大优势,在暗物质间接探测方面具有强的国际竞争力。它的主要科学目标是以更高的能量和更好的分辨率来测量宇宙射线中正负电子之比,以找出可能的暗物质信号。它也有很大潜力来加深人类对于高能宇宙射线的起源和传播机制的理解,也有可能在高能γ射线天文方面有新发现。

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暗物质探索专题

空间探测暗物质简介 Hot!

常进,冯磊,郭建华
2015, 44(11): 707-713     全文: PDF (4150 KB)   ( 下载: 1410 )
摘要

宇宙线的探测分为地面探测和空间探测。地面探测测量的是高能宇宙线(大于100 TeV)在大气中产生的簇射的前锋面。由于低能宇宙线在大气中产生的簇射不能到达地面,所以要探测低能的宇宙线就需要把探测器送到大气层外部。空间探测宇宙线的优点是能测量低能宇宙线,并且能区分宇宙线的种类。暗物质间接探测就是在宇宙线中寻找暗物质湮灭或者衰变产生的信号,表现在宇宙线能谱上就是各种超出。所以需要准确区分宇宙线的种类,并且精确测量宇宙线的能谱。在文章中,作者将介绍宇宙线的相关理论以及空间探测暗物质的研究现状,并详细介绍将于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星,讨论其在暗物质间接探测方面的各种优势。

对撞机上寻找暗物质 Hot!

毕效军,殷鹏飞,周宁
2015, 44(11): 714-721     全文: PDF (3161 KB)   ( 下载: 668 )
摘要

大量的天文观测证实宇宙中存在暗物质。根据观测对暗物质性质的约束,目前最受关注的暗物质模型是弱作用重粒子模型。现在的暗物质探测实验也主要围绕这类暗物质粒子展开。文章介绍了探测弱作用重粒子的三种主要探测方法和各自的优缺点,特别介绍了在对撞机上探测暗物质的方法,并详细介绍了在大型强子对撞机(LHC)上寻找暗物质的最新结果及对暗物质粒子性质的最新限制。

直接探测暗物质和中国暗物质实验 Hot!

刘书魁,岳骞
2015, 44(11): 722-733     全文: PDF (6402 KB)   ( 下载: 774 )
摘要
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PandaX 暗物质探测实验 Hot!

谌勋,季向东,刘江来
2015, 44(11): 734-739     全文: PDF (2967 KB)   ( 下载: 721 )
摘要

PandaX是一个位于四川锦屏地下实验室的大型粒子与天体物理稀有事件探测实验装置。PandaX的一期和二期实验利用二相型氙时间投影室技术来直接探测弱相互作用暗物质粒子。PandaX一期实验已经完成,它使用了120 kg氙以检验以往其他实验所发现的疑似信号,其结果在标准假设下否定了这些疑似信号。PandaX二期升级了探测器,使用了500 kg的氙,预期在2015年晚些时候正式开始数据采集以寻找暗物质,将有望拓展暗物质探测的极限。

纪念彭桓武先生百年诞辰

我的老师——彭桓武

黄祖洽
2015, 44(11): 741-745     全文: PDF (4159 KB)   ( 下载: 915 )
摘要
1938年,23岁的彭桓武考取中英庚款留学资格,就读于英国爱丁堡大学,师从德国理论物理学家、量子力学奠基人之一马克斯·玻恩;1941年,玻恩推荐彭桓武前往爱尔兰都柏林高等研究所做博士后研究,在著名科学家埃尔温·薛定谔领导的理论物理所工作。不久,他帮助量子化学创始人之一W·海特勒进行介子理论方面的研究。同年8 月至1943 年7 月,彭桓武与海特勒·哈密顿合作,发表一系列综合了介子场的若干成果,对宇宙线理论进行较系统的解释,被称为HHP 理论。这一理论发展了量子跃迁几率的理论,用能谱强度首次解释了宇宙线的能量分布和空间分布,在这一理论中已经出现后来被称为戴森(Dyson)方程的方程。 1945 年,彭桓武与玻恩因其关于场的量子力学与统计力学的一系列探索性工作,共同获英国爱丁堡皇家学会的麦克杜加尔—布列兹班奖。1948 年,在薛定谔和海特勒的推荐下,彭桓武当选爱尔兰皇家科学院院士,时年33 岁。当时,彭桓武已经回国执教云南大学。直至20 世纪70 年代中美建交之后,彭桓武收到爱尔兰皇家科学院的院刊,才知早在30年前自己已是它的会员。

怀念彭桓武先生

李德元
2015, 44(11): 745-749     全文: PDF (2107 KB)   ( 下载: 852 )
摘要

1982年北京应用物理与计算数学研究所申报的“原子弹氢弹设计原理中的物理力学数学理论问题”项目,被授予国家自然科学一等奖。在申报奖项时,大家一致推举彭桓武先生为第一完成人。彭先生享受这一殊荣实至名归,当之无愧。因为中国的原子弹、氢弹的理论研究设计工作是在他亲自组织指导下进行的。
彭桓武先生1961 年调到九所从事核武器理论研究设计工作。当时我们手头只有一个苏联专家口头讲述的原子弹教学模型。彭先生来到九所面临的第一个抉择是,是把核武器的理论研究设计工作当成一项简单的工程设计,照抄苏联人给的教学模型,交上去,响了,就算成功了,完成任务了,还是把核武器的理论研究设计工作当成一项科学研究工作来做,研究原子弹的整个动作过程和运动规律。探究苏联的这个教学模型为什么是这样设计的,它内在的科学原理是什么。彭桓武先生作为一个有极高素养的物理学家,当然选择了后者。九所的科研工作便是在彭先生的学术思想指导下起步,开始了对核武器内在物理规律的理解和探索。后来我们把这种科研工作叫做“知其然而且知其所以然”。

彭桓武先生永远活在我们心中

张锁春
2015, 44(11): 749-753     全文: PDF (2348 KB)   ( 下载: 903 )
摘要
2007年3月6日上午9时,我去八宝山参加彭桓武先生遗体告别仪式。才半年多不见,先生显得消瘦了不少,没有想到他会走得这样快。原打算正月初三去他家拜年,因为我们每年一般会在“五一”、“十一”、“春节”去看望他老人家,他很喜欢与大家无拘无束,天南海北随便聊,每次都使我们获益不小。那日我打电话预约,家里无人接听,便有一种不好的预兆。后经人证实,得知彭先生春节前就住进医院,而且这次情况不妙,他呼吸困难,已将气管切开,可能凶多吉少。但没有想到先生于2 月28 日驾鹤西去,一位功勋科学家走完了他精彩的一生。
量子力学创立九十年

海森伯开天辟地闯新路,玻恩慧眼识珠定乾坤——写于量子力学创立九十年

王正行
2015, 44(11): 754-760     全文: PDF (1750 KB)   ( 下载: 1302 )
摘要

大家知道黑格尔曾甩下一句狠话:“合理的都是现实的,现实的都是合理的。”回溯历史用得着这后半句。历史一步一步走过来, 每一步都是合理的。所以历史没有假设,假设的事绝不合理。但历史蕴含了丰富的经验和教训,值得后来人细嚼慢咽的观赏和回味。
量子力学风风雨雨九十年,反复经历挑战和拍砖,却总是有惊无险。大体上说,可以分为1925 年横空出世,1927 年索尔维论剑,1935 年薛、爱再出手,1950 年新秀玻姆又挑战,和1964年贝尔出险招鱼腹藏剑。这样的五大回合,可以做出无数大戏来消遣,这里都且按下不表,单把1925 年海森伯与玻恩开创历史的桥段拿来八卦一回。这就要说到一些公式,因为量子力学是先有数学形式后有物理诠释,两位大侠这回玩的就是计算。有关的论文,均已收入范德瓦尔登编辑和讲解的文集,其中原文为德文的, 亦已译成英文。

前沿进展

国产高能量电子枪的研发

游燕,臧侃,郭方准
2015, 44(11): 761-765     全文: PDF (2604 KB)   ( 下载: 1085 )
摘要

文章介绍了自主研发的高能量电子枪的原理、设计和测试结果。该电子枪主要由电子发射组件、电磁聚焦组件、电磁偏转组件、差分抽真空维持机构和控制电源构成,可以发射、聚焦并偏转高能量电子。测试结果显示,电子枪发射的电子能量最大可达30 keV,加速电压和发射电流成正比例对应关系,电子束斑直径在100 μm以下,电子束偏转角度大于5°。通过实测Si(111)单晶体,获得了良好的电子衍射图像。

物理攫英

颗粒晶体:非线性动力学与材料工程的结合

厚美瑛 译
2015, 44(11): 766-767     全文: PDF (1823 KB)   ( 下载: 831 )
摘要
宏观粒子在晶格排布上具有尺寸、刚度和空间分布选择等自由度,使得颗粒晶体成为减震材料、聚声装置、音响开关及其他新奇装置的理想组建单元。

外尔家园

翁红明 译
2015, 44(11): 768-768     全文: PDF (1435 KB)   ( 下载: 1190 )
摘要
1929 年,数学家赫尔曼·外尔通过简化狄拉克方程得到了外尔方程。它的解预言了一种具有手性的无质量费米子。但随后的80 多年里,高能实验没有观测到任何可能是外尔费米子的粒子。如今,3 个相互独立的研究小组报道称发现了外尔费米子的相似粒子。其中两个团队,分别由新泽西普林斯顿大学的Zahid Hasan 和北京中国科学院的丁洪领导,在砷化钽中发现了与外尔费米子行为类似的低能激发。在另一篇文章中,剑桥麻省理工学院的Marin Soljačić与同事在光子晶体中观测到了相似的外尔态。

在量子通信中遏制木马攻击

戴闻 译
2015, 44(11): 769-769     全文: PDF (1634 KB)   ( 下载: 948 )
摘要
就像古代神话“特洛伊木马”所描述的,木马攻击是一种策略,它秘密潜入到受安全保护的空间。按照光学量子密钥分发(QKD)协议的说明,这种攻击涉及“木马光子”潜入到光学量子密钥分发系统,企图获取密钥。此前,一类无需外部供电便能工作的被动式光学元件,一直被建议作为一种阻止木马入侵的手段。但是,研究人员至今缺乏一种量化的方法,用以评估这样的被动防御系统的有效性。现在,来自东芝研究-欧洲有限公司(英国)的Andrew Shields 和同事们,已经设计出了一个定量评估方法:借助于量子信息泄漏问题,监察木马攻击。
物理学漫谈

透明导电锡掺杂氧化铟综述文章的故事

林志忠
2015, 44(11): 770-773     全文: PDF (3250 KB)   ( 下载: 1181 )
摘要

“桃李春风一杯酒,江湖夜雨十年灯”。——(宋) 黄庭坚《寄黄几复》
这是另外一个“十年一瞬间”的故事!也是一项“美丽的错误”!

从今年诺贝尔生理学或医学奖和物理学奖谈起

潘国驹
2015, 44(11): 774-774     全文: PDF (1490 KB)   ( 下载: 754 )
摘要
2015 年的诺贝尔生理学或医学奖,中国的屠呦呦得了其中的一半,另一半由其他两位科学家共同获得;诺贝尔物理学奖则由日本东京大学宇宙射线研究所所长梶田隆章和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳共同获得,因为他们两人在中微子探索方面做出了杰出贡献。诺贝尔奖为世界科学奖顶尖的荣誉。同等重要的是:它的评选非常严谨、客观,几乎没有差错。
物理学讲堂

广义相对论与黎曼几何系列之七:黎曼几何

张天蓉
2015, 44(11): 775-777     全文: PDF (3263 KB)   ( 下载: 1491 )
摘要

在广义相对论与黎曼几何系列之四中,介绍“内蕴几何”时说过,高斯以他的“绝妙定理”建立了曲面内在的微分几何。之后,是高斯的得意门生黎曼将曲面的概念扩展到流形,将内蕴几何扩展到n维的一般情形,建立了黎曼几何。
黎曼(1826—1866)出生在一个贫困的普通家庭,比高斯刚好小50岁。有趣的是,按时间算起来,高斯那时候正好在这个地区进行土地测量。时间的巧合,给人一种神话式的联想:上帝是否就在那时候将非欧几何——黎曼几何的思想种子,植根到了那片被高斯丈量的土地上。

超导“小时代”

超导“小时代”之三:鸡蛋同源

罗会仟
2015, 44(11): 778-782     全文: PDF (4112 KB)   ( 下载: 1630 )
摘要

自从泰勒斯这位科学老祖记录摩擦起电和磁石吸铁这两个物理现象以来,2000 多年过去了,人们对电和磁的理解还是极其有限。无论是中国风水先生用罗盘定乾坤,还是哥伦布靠指南针航海发现新大陆,抑或是诺莱特的奇妙人肉电学实验,都是止步于电和磁极其常见的现象认识和利用。甚至到19 世纪初期,许多人依然认为电和磁风马牛不相及,电是电,磁是磁,电没法搞出指南针,磁也没法生成闪电。然而,当真如此?
如果仔细思考摩擦起电和磁石吸铁两个现象,不难发现它们有一个共同特征:吸引作用。富兰克林认为电之间也存在异种电荷相吸,和磁石的南北极相吸其实一样,所谓阴阳,是为相吸。

书评和书讯

《半导体光子学》书评

汪毅
2015, 44(11): 783-783     全文: PDF (1317 KB)   ( 下载: 1126 )
摘要
二十世纪,半导体电子学的发展催生了以半导体材料为媒介、电子作为信息载体和能量载体的“电子时代”。其典型代表是集成电路的发明,它把计算速率提升了10 个量级,单个电子器件的功耗降低了7个量级。二十一世纪是信息时代,其特征是海量信息、信息处理迅速快捷、信息传输高速可靠。要实现这一愿景,半导体光子学将发挥决定性的作用。
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