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物理  
  物理--2017, 46 (12)   发布日期: 2017-12-12

北京时间2017年10月16日晚,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组织和处女座引力波探测器(Virgo)合作组织联合召开发布会,宣布再次探测到时空的涟漪——引力波及其伴随的电磁信号,正式编号GW170817。这是人类首次直接探测到两颗中子星并合产生的引力波事件,发生在1.3亿光年外的编号为NGC 4993的星系中。此次引力波事件具有极为重要的意义,引力波及其电磁对应体的发现,有助于科学家结合不同信息研究天体的性质,并检验基础物理学和宇宙学基本问题;也标志着人类历史上第一次使用引力波天文台和其他望远镜同时观测到了同一个天体物理事件,成功完成天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测,开启了期待已久的多信使天文学的新窗口。封面图片为新闻发布会上展示的艺术效果图(Courtesy Caltech/MIT/LIGO Laboratory),源自网站https://www.li?go.caltech.edu/image/ligo20171016d。

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评述

超快时间分辨光电子显微镜技术及应用 Hot!

杨京寰, 杨宏, 龚旗煌
2017, 46(12): 785-793     全文: PDF (3896 KB)   ( 下载: 1094 )
摘要

光电子显微镜是一种基于光电效应的电子显微镜,利用样品不同空间位置光电子产量的差异作为图像衬度进行投影成像。其成像速度快、空间分辨率高、探测无损伤等特点和优势,在表面科学、表面等离激元学、半导体学等学科有着广泛应用。另外,结合超快光泵浦探测技术为光电子显微镜提供了高时间分辨能力,特别适用于高时空分辨的动力学过程研究。时间分辨光电子显微镜是具备多维度直观测量的技术方法,为研究人员开辟了新的道路。文章首先简要回顾电子显微成像技术的发展,然后介绍在表面等离激元学和半导体物理领域中应用光电子显微镜的最新进展,最后介绍北京大学最近建设的超快光电子显微镜系统和相关研究工作及展望。

2017年诺贝尔奖专题

2017年诺贝尔物理学奖解读 Hot!

安宇森,蔡荣根,季力伟,刘同波,王少江
2017, 46(12): 794-801     全文: PDF (2802 KB)   ( 下载: 990 )
摘要

文章简单解读了2017年诺贝尔物理学奖,获奖者的主要贡献,目前观测到的几个引力波事件,美国LIGO项目的简单历史,以及引力波观测对基础物理、宇宙学和天体物理的科学意义。

打开生命时钟,重塑生命节律 Hot!

郑志刚
2017, 46(12): 802-808     全文: PDF (2550 KB)   ( 下载: 966 )
摘要

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予了因“发现调控昼夜节律的分子机制”的三位美国科学家。发现的背后是一系列动人心魄的故事与一长串科学家的名字。文章对人类历史上关于生物钟的认识及基因机制研究的历程进行了回顾,论述了包括生物节律涌现在内的生命复杂性研究的重要科学意义与应用价值,并对研究范式及其中医科学化进行了反思。

冷冻电镜:在原子尺度上观察生命 Hot!

李雪明
2017, 46(12): 809-816     全文: PDF (2534 KB)   ( 下载: 1031 )
摘要

2017年的诺贝尔化学奖授予了3位冷冻电子显微学家,以表彰他们在冷冻电子显微镜技术上的奠基性工作,使直接观察溶液中处于生理或者接近生理状态的生物结构成为可能。获奖者都是具有物理学背景的生物学家,他们的获奖不但将冷冻电子显微带入了大众的视野,更体现了生物与物理,甚至与数学和计算机技术的多学科融合所带来的技术突破。文章将从多个方面来介绍冷冻电镜技术,展示科学家们是如何将对生命过程的观察放大到原子水平上的。

时空与物质、广义相对论与量子力学的完美结合——深度科普解读双中子星并合多信使观测 Hot!

陈雁北,范锡龙
2017, 46(12): 817-827     全文: PDF (4429 KB)   ( 下载: 950 )
摘要

这次的中子星并合带来的多信使全方位观测,标志着包括引力波观测的多信使天文学时代的到来,也是全球不同领域的科学家、科学团队团结协作的典范。在今后,我们还会不断地观测到这样的事件。从引力波探测的角度,我们还需要更高的灵敏度。我们期待,未来可以观测到中子星之间的潮汐相互作用, 从而研究中子星的内部结构。我们还期待搜索中子星并合以后的引力波信号,以检验并合的产物到底是中子星还是黑洞。不同种类的双中子星碰撞,很可能会导致不同的产物。更多的数据,还会让我们对宇宙中双中子星碰撞的发生频率,以及双中子星的质量分布进行实际测量。我们还期待从未来的中子星并合过程中检验到中微子,因为它们直接携带了核反应的信息。

从2017诺贝尔物理学奖展望新加坡未来科学的发展方向

潘国驹
2017, 46(12): 828-829     全文: PDF (1609 KB)   ( 下载: 1035 )
摘要

希望新加坡可以更加积极地参与跨国科研项目,与各国的顶尖科研机构和大学合作,在有限的科研资金投入下,提高项目成功率,提高本地科研团队的整体科研水平及国际影响力。通过参与科学前沿的重要项目,新加坡这个“小红点”可以为整个人类的科技文明进步贡献一份力量。

研究快讯

超构光子技术新突破——实现超薄宽带消色差光学器件

王漱明,李涛,祝世宁
2017, 46(12): 830-833     全文: PDF (3005 KB)   ( 下载: 882 )
摘要

我们研究组长期致力于表面等离激元和超构材料的研究。我们早期提出的实现负折射的耦合渔网结构和偏振调控的L 形单元超构材料都成为了本领域的主流设计方案。在近年来的超构表面研究方面, 我们基于LED芯片实现了偏振调控的动态显示,与澳大利亚国立大学Kivshar教授合作实现超高效率的介质超构表面全息,见图1。近期,我们与台湾蔡定平教授研究组合作,在解决超构表面器件在连续宽频段上消色差的方面取得了重要突破,见图2。我们首先将透镜聚焦所需要的相位分解成两部分,即:频率无关的基础相位和频率相关的补偿相位(与频率成正比)。然后巧妙结合超构表面结构设计的两种方案(共振性和几何相位性),通过几何相位设计聚焦透镜需要的基础相位分布,再通过共振设计补偿不同频率带来的相位色散。需要特别强调的是,通常的共振带来相位变化都是突变的,不满足与频率成正比的线性相位补偿。本项工作中,我们提出了新颖的集成共振(integrate resonance)” 方案,利用特殊排列的金属棒的多个共振之间的线性相位区域,成功设计出满足聚焦透镜要求的一系列不同斜率的线性相位补偿的结构单元(图3(a))。图3(b)显示了利用纳米加工制备的反射性超构透镜样品照片,整个镜片的直径约55 μm,薄膜厚度小于100 nm。右侧电子显微镜照片反映出了该超构透镜的结构单元具有几何相位的旋转排布,以及不同纳米棒形状及数目的集成共振性质。

物理攫英

探秘深海热泉

周雨欣 编译
2017, 46(12): 834-835     全文: PDF (1729 KB)   ( 下载: 692 )
摘要

在海洋深处的一些地方出现了裹挟大量物质喷涌而出的热液,在那里就有生命。天文学家Jon Willis开启了一段考察这类严酷环境的航海之旅,从而为寻找太阳系地外生命提供蛛丝马迹。

教学欺凌引发苏黎世联邦理工学院地震

王进萍 编译
2017, 46(12): 835-836     全文: PDF (2012 KB)   ( 下载: 768 )
摘要

据Michael Banks 报道,瑞士的一所顶级大学因导师对学生存在教学欺凌行为的指控关闭了该校的天文研究所。

最丰中子的双幻原子核:镍-78

任修磊 编译
2017, 46(12): 836-836     全文: PDF (1447 KB)   ( 下载: 755 )
摘要

近期,两个实验组分别独立地确认了放射性原子核镍-78 是双幻核,证实了原子核壳模型的预言。原子核镍-78,包含了28 个质子和50 个中子,由于具有较大的中子过剩,因而是检验壳模型的一个理想系统。

捕获离子测试基本粒子物理学

戴闻 编译
2017, 46(12): 837-837     全文: PDF (1522 KB)   ( 下载: 744 )
摘要
科学无法解释,宇宙大爆炸后物质是如何产生的。所有已知的物理过程都留给我们一个物质和反物质基本等量的宇宙,那么为什么现实中一切都是由物质构成的呢?这个宇宙重子不对称(BAU)是现代物理学所面对的最大谜团,也是粒子物理前沿全方位攻坚之驱动力。最近,美国实验室天体物理联合研究所(JILA)由Eric Cornell 领导的研究组,利用桌面实验系统探索了这一前沿(采用捕获的分子离子探寻基本对称性的破坏)。研究人员特别寻找“电子电偶极矩”(eEDM)的迹象:他们没有发现痕迹,从而证实了以前实验的正确结论。
超导“小时代”

超导“小时代”之二十六:山重水复疑无路

罗会仟
2017, 46(12): 838-841     全文: PDF (3753 KB)   ( 下载: 725 )
摘要

要回答高温超导是如何产生的这个重大问题,首先第一个问题是:铜氧化物高温超导体中,究竟是什么载体负责超导电性的?难道还是配对的库珀电子对吗?答案是百分百肯定的。非常规超导体绝大部分是第二类超导体,如果能够在材料中观测到一个单位的量子磁通涡旋,那么必然意味着它们是以成对电子导电的形式存在。因为一个磁通量子等于h/2e,需要至少两个电子一起形成环流。而在铜氧化物高温超导体中,量子磁通涡旋可以在实验上直接观测到,库珀对的存在是妥妥的。其实不仅仅是高温超导体,目前发现的几乎所有超导体都是依赖库珀对来导电的,令人不禁慨叹库珀当年的真知灼见!

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之九十三:可爱的小东西们

曹则贤
2017, 46(12): 842-845     全文: PDF (2000 KB)   ( 下载: 1019 )
摘要

尺度是事物最直观的性质。描述小的世界除了用独立的形容词,还有连缀指小词的形式。一些带“小的”意思的词汇,会随着我们的认识深入到更小的尺度而变换其含义。

科学咖啡馆

我们的征途是星辰大海——中国科学院物理研究所“北斗导航”主题讨论侧记

李淼、成蒙、魏红祥
2017, 46(12): 846-849     全文: PDF (2192 KB)   ( 下载: 827 )
摘要

“导航最大的特点,就是这门学科非常的古老。不管我们有没有先进的科学技术,人们对导航定位的需求一直没有改变。长久以来,人类一直利用大自然或身边的事物,寻求导航定位的方法。从古时利用巨石阵或者树木年轮的地文导航、星座的天文导航,到人类发明指南针的地磁导航,再到现在全世界都在使用的卫星无线电导航,每一次变革都在不断开启导航时代的新篇章。”2017 年11 月27 日晚,由科技部政策法规与监督司、中国科学院传播局、北京科学技术委员会支持,中国科学院物理研究所承办的第20 期科学咖啡馆活动,主讲嘉宾中国科学院光电研究院徐颖研究员将从古至今的导航进化史娓娓道来。

读者和编者

2017年第46卷第1—12期总目次

《物理》编辑部
2017, 46(12): 850-853     全文: PDF (1338 KB)   ( 下载: 838 )
摘要

2016年第45卷第1—12期总目次

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