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物理  
  物理--2016, 45 (6)   发布日期: 2016-06-12

大亚湾反应堆中微子实验是一个研究中微子振荡的粒子物理实验。十几年前发现的中微子振荡现象,被授予2015年诺贝尔奖。它对理解微观世界规律、探索宇宙起源与演化具有重要意义,也是新物理的突破口之一。实验站位于广东大亚湾核电站内的山体内,以探测反应堆产生的中微子。2012年3月,大亚湾发现一种新的中微子振荡模式,精确测量了其振荡参数θ13,为未来中微子研究指明了方向。这是在中国诞生的一项重大物理成果,被称为中微子物理的一个里程碑。此后大亚湾实验数次改进测量,精度从20%提高到6%。实验计划运行到2020年,最终精度将达到3%。(摄影:刘捷;文字:曹俊)

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评述

基于界面的钙钛矿氧化物电子学 Hot!

方跃文,聂家财,段纯刚
2016, 45(6): 349-358     全文: PDF (3454 KB)   ( 下载: 932 )
摘要

文章介绍了基于钙钛矿过渡金属氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的研究进展,其中特别关注了LaAlO3/SrTiO3界面上二维电子气的起源、超导和磁学性质的最新成果, 以及与氧化物界面相关的器件应用等。此外,文章还对相关的氧化物薄膜制备技术、表征技术和理论研究手段等也作了简单的介绍。

冷原子物理专题

量子图像存储 Hot!

丁冬生,史保森
2016, 45(6): 359-369     全文: PDF (4266 KB)   ( 下载: 738 )
摘要

量子通讯的实现离不开量子存储器。量子存储器是一个能够按照需要存储和读出量子态的系统,而被存储的是非经典的量子态,如单光子、纠缠、压缩态等。多模存储能力是衡量量子存储器工作性能的一个重要指标。空间域的多模存储可以极大地减小对存储器存储时间的要求,因此空间多模存储引起了国内外学者的广泛关注,并在近几年取得了许多重要进展。文章简述了量子存储器的主要性质与评价指标,回顾了近年来量子存储的研究进程,特别介绍了量子图像存储方面的最新实验进展。

光晶格中的冷原子 Hot!

郭文祥,刘伍明
2016, 45(6): 370-377     全文: PDF (3202 KB)   ( 下载: 969 )
摘要

光晶格是一种人造光晶体,它是由反向传播激光束干涉形成的周期性势阱构成的。光晶格的周期、势深等参量可以通过调节激光的强度和频率等来准确控制。作为一个纯净可控的实验平台,光晶格已经逐渐成长为模拟多体系统的最便利的工具之一。文章对光晶格中冷原子进行了简单的介绍,重点阐述了玻色—爱因斯坦凝聚、激光冷却、光晶格和量子相变等内容。

稀薄量子系统中的接触量和普适关系 Hot!

贺明元,周琦
2016, 45(6): 378-382     全文: PDF (1965 KB)   ( 下载: 637 )
摘要

对接触量和普适关系的发现是超冷原子物理中的一个重大理论突破。自檀时钠于2005年首次指出接触量这个概念以来,对普适关系的研究已经成为冷原子物理中的一个重要课题,并对其他相关的领域产生了重大的影响。文章介绍了什么是接触量和普适关系,以及普适关系的来源,并讨论在这个研究方向上最新的一些进展,包括高分波散射的接触量和接触量谱。

前沿进展

实验室天体物理研究进展

刘畅,仲佳勇
2016, 45(6): 383-390     全文: PDF (3645 KB)   ( 下载: 676 )
摘要

近年来,随着高功率激光实验装置的广泛应用,成像技术和模拟分析技术水平的进一步提高,实验室天体物理研究取得了一些新的重要进展,如激光等离子体实验中对流等离子体磁场结构,冲击波中磁场的湍流放大效应,实验室模拟原恒星喷流中磁场的准直效应和太阳风与偶极磁场之间相互作用等方面的研究。这些研究加深了人们对原恒星以及Herbig—Haro天体喷流、超新星遗迹冲击波、地球磁层中磁场活动等天体物理现象的理解。文章对上述几个方向进行了介绍,并对未来研究方向做一些展望。

研究快讯

狄拉克半金属中的量子输运——手性反常效应与阿哈罗诺夫—玻姆效应

廖志敏,俞大鹏
2016, 45(6): 391-392     全文: PDF (3381 KB)   ( 下载: 1077 )
摘要

近年来,物理学家发现了一类非常奇特的拓扑材料(如Cd3As2,Na3Bi 等),它们的电子能带结构在动量空间的三维方向都具有线性色散关系,因此被称为三维狄拉克半金属,或者“三维石墨烯”材料。因其特殊的能带结构,以及在量子计算方面的可能应用,此类材料迅速成为凝聚态物理领域的研究热点之一。包括我国科学家在内的多个研究组在狄拉克半金属领域做出了突破性贡献。中国科学院物理研究所翁红明等人在理论上预言了具有旋转对称性保护的Na3Bi 和Cd3As2为三维狄拉克半金属。英国牛津大学的Y. L. Chen 等人通过角分辨光电子能谱(ARPES)观察到了动量空间中的三维狄拉克锥的线性色散关系,从实验上证实了翁红明等人的理论预言。美国普林斯顿大学物理系M. Z. Hasan组及中国科学院物理研究所周兴江组通过ARPES实验分别观察到了狄拉克半金属拓扑表面态。

物理攫英

蹦床谐振器感知极弱的机械力

戴闻 译
2016, 45(6): 394-394     全文: PDF (1137 KB)   ( 下载: 632 )
摘要

历史已经证明,拥有制作更好传感器的能力,将有助于开拓新的物理实验。反之,新的实验又会促进开发更好的传感器。在机械工程和量子物理学的交叉领域,研究人员正在使用纳米刻蚀工具,制作新一类基于机械谐振器的传感器。通过制备具有精细机械性能和光学性能的薄膜,两个研究组现在已经展示了“蹦床谐振器”,它能分辨极其微弱的力(~16×10-18 N,这个力的大小就相当于人与人之间相距100 km时的引力),并且在室温环境中展现出量子运动。

纳米笼中的水分子的新形态

朱星 译
2016, 45(6): 393-393     全文: PDF (1320 KB)   ( 下载: 644 )
摘要

受限于纳米通道中的水分子呈现隧穿行为,原来具有确定位置的氢原子变成两个模糊的波纹环。隧穿是一种重要的量子现象,即允许粒子越过微观的势垒。最近的研究表明,被限制在类绿宝石晶体中的水表现出水分子在不同取向之间的隧穿效应,每个分子在某一时刻处于6 个不同组态中。研究人员展示了中子散射实验结果,表明隧穿过程使得水中氢原子散开成为环状分布。这种水的新形态具有更高的对称性,可以预见其电偶极矩为零。而一般来说,电偶极矩使得水形成氢键,因此适于作为溶剂。

为什么你很难分开书页交错的两本书?

厚美瑛 译
2016, 45(6): 395-396     全文: PDF (1597 KB)   ( 下载: 812 )
摘要

这是由于书页交错的方式使得你越用力拉,书页间的摩擦力就会越大。
摩擦学的研究渊远流长。列奥纳多·达文西告诉我们,一个物体开始滑动时受到的摩擦力(或叫牵引力),可由一个简单的公式描述:T =μN,其中N 是负载,或正压力,μ是摩擦系数。达文西认为μ的值是固定的,等于1/4。然而阿蒙顿和库仑后来发现μ并不是普适的,它的值取决于滑动物体和滑动物体所在平面的性质。总的来说,经典的阿蒙顿—库仑定律告诉我们,滑动时的摩擦力与接触面积和滑动速度无关,只与正压力有关(正比于正压力)。

物理学史和物理学家

斯人已去 遗泽永存——纪念胡斑比先生

胡岗,周昌松,贺达海
2016, 45(6): 397-400     全文: PDF (1815 KB)   ( 下载: 819 )
摘要

胡斑比先生于2015年11月21日因病逝世。作为斑比的多年同事、学术伙伴和学生,我们谨借此文重温胡先生为非线性科学和统计物理所做的贡献,以此缅怀斑比,表达我们对斯人的深切哀思和怀念。

忆斑比

胡比乐
2016, 45(6): 401-402     全文: PDF (1548 KB)   ( 下载: 713 )
摘要
在庆祝斑比60岁生日晚宴厅里,大家济济一堂。碰杯寒暄,互相介绍时,总会提到认识斑比有多久,聊天基本以斑比为时空坐标原点:“我是斑比10年前中心刚启创第一任博士后”;“27年前是我延请斑比出任Houston大学教授”;“我更早,是斑比40年前大学时代的朋友”。轮到我了,只好顺着方程式代入:“我认识斑比58 年”。席间空气顿时停滞了3秒钟, 大家抬头一看,这是来自何方的百岁尊长?我说,免尊、也不长,我有幸是斑比的弟弟。
物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之七十七:黑、暗的物理学

曹则贤
2016, 45(6): 403-407     全文: PDF (2065 KB)   ( 下载: 902 )
摘要

善黑者有光……——李宗吾《厚黑学》
黑,真黑!——小品《打工奇遇》
光与黑暗都是物理学的主题。黑体辐射、黑洞、超黑材料、暗电流、暗场像、暗物质、暗能量与暗光子等诸多概念让物理学的天空一片黑暗。

超导“小时代”

超导“小时代”之十:四两拨千斤

罗会仟
2016, 45(6): 408-412     全文: PDF (3468 KB)   ( 下载: 987 )
摘要

他强由他强,清风拂山冈。他横任他横,明月照大江。—— 《九阳真经》(来自金庸《倚天屠龙记》)
一般来说,第I 类超导体的Hc不高,尽管它们具有完全抗磁性,原则上也可以用于实现超导磁悬浮,却和常规导体磁悬浮具有同样的缺点——稳定性和可靠性较差。况且第I 类超导体的Tc也很低,实际应用成本要高不少。因此,超导磁悬浮实际上都是采用第II 类超导体来实现,它们的下临界场Hc1 比较小,基本上都是在混合态下用于悬浮技术。此时,因为磁通线部分进入超导体内部并未彻底破坏超导的抗磁性,它仍然对外磁场存在排斥力;而由于量子化磁通的存在,会出现所谓“量子锁定”现象——磁通量子被牢牢钉在了超导体内部,超导体同时会对外磁场产生一种吸引力。排斥力和吸引力的同时存在,意味着无论超导体靠近还是远离外磁铁过程,都能及时地hold 住重力,实现稳定可靠的磁悬浮,——这才是超导磁悬浮的不可替代优势!

读者和编者

Q&A 问答

中国科学院物理研究所
2016, 45(6): 413-414     全文: PDF (1432 KB)   ( 下载: 621 )
摘要

Q:外尔费米子是磁单极子吗?二者有什么关系吗? 
A:说外尔费米子是“磁单极子”是一种数学上的类比,指的是外尔费米子在量子力学的相空间满足的方程,跟磁单极子在普通空间里的运动方程是一样的。在经典理论中,磁场是无源场,即所有的磁力线都是封闭的,但如果真的存在“磁单极子”的话,磁力线就会从正磁荷处产生出来,到负磁荷处消灭。这样带正负磁荷的磁单极子就会形成磁力线的“源”和“漏”。凝聚态物理中发现的外尔费米子也具有这种有趣的特性,外尔费米子的存在会导致相空间中的“贝里曲率” 形成跟磁单极子周围的磁场非常类似的“源”和“漏”的结构,因此我们常常说外尔费米子就是凝聚态物理中的“磁单极子”。

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