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物理  
  物理--2020, 49 (8)   发布日期: 2020-08-12

封面故事:太阳风与地球偶极磁场相互作用形成了巨大的磁层空间,刻画磁层空间的物质和能量输运规律对于理解近地空间天气至关重要。极光就是磁层空间动态变化的缩影,是空间环境变化的指示器。近期,中国科学院地质与地球物理研究所何飞副研究员等人结合我国完全自主知识产权的风云三号卫星广角极光成像仪极光图像和其他探测数据,首次揭示出极光边界波动是等离子体层顶表面波的光学表象,并发现这一磁层空间多圈层耦合物理过程是磁层空间环境扰动中的常态,对地球空间能量输运具有关键影响,更新了磁层物质和能量输运图像。这一物理过程也可能存在于其他行星磁层空间中,为今后行星空间物理研究工作提供了关键的方向指导。该工作发表于《自然·通讯》(Nature Communications,2020,DOI:10.1038/s41467-020-15506-3)。

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评述

漫谈理论热学 Hot!

黄吉平
2020, 49(8): 493-496     全文: PDF (2679 KB)   ( 下载: 865 )
摘要

文章简要介绍了理论热学,一个理论物理(统计物理)中的新兴研究方向,其以变换热学及其扩展理论为理论架构,用于设计热超构材料,实现任意操控热流的目的,为工程技术应用服务。不同于传统热力学侧重于自然系统中热现象的被动描述,理论热学侧重于人工系统中热现象的主动控制。

强子物理与强相互作用专题

专题导读 Hot!

许怒,赵政国
2020, 49(8): 497-498     全文: PDF (466 KB)   ( 下载: 717 )
摘要

浩瀚宇宙中,我们都曾仰望过那片星空,或凝思,或伫立,也许曾经会和王勃一样感慨“天高地迥,觉宇宙之无穷”,也会如苏轼一般吟唱出“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟”。庄子也曾在浩瀚的星空下苦思冥想“一尺之捶,日取其半,万世不竭”的答案。一边是宇宙的“无穷与极大”,一边是物质无穷无尽分割的“极小”。李政道先生用一首诗形象地描述了二者的关系:

北京谱仪实验物理成果 Hot!

黄光顺,李海波,吕晓睿
2020, 49(8): 499-512     全文: PDF (5350 KB)   ( 下载: 594 )
摘要

当前描述物质微观基本结构最成功的理论是粒子物理的标准模型,包括描述强作用力的量子色动力学,描述弱相互作用和电磁作用力的电弱理论。在量子色动力学方面,人们对夸克禁闭问题和低能非微扰性质还不能完全理解;在电弱理论方面,需要实验上提供更加精确的参数约束和检验。北京正负电子对撞机和北京谱仪实验是我国最早的大科学装置,也是目前国际上唯一运行在陶粲能量区域的高亮度实验装置,致力于在强子物理、量子色动力学的非微扰性质、电弱理论检验和寻找超标准模型的新物理等方面开展研究。文章将介绍北京谱仪多年来在实验上取得的科学成果,包括陶轻子质量精确测量、R值测量、奇特强子态研究和粲强子弱衰变测量等。

中国超级陶粲装置 Hot!

彭海平,郑阳恒,周小蓉
2020, 49(8): 513-524     全文: PDF (4605 KB)   ( 下载: 960 )
摘要

在粒子物理研究领域,陶粲能区具有独特的性质、丰富的前沿物理课题和重大的科学发现潜力,是该领域重点关注的能区之一。为了使我国在该研究领域继续引领世界,依托中国科学技术大学的国家同步辐射实验室,核探测与核电子学国家重点实验室等研究平台,科学家提出建设一台新一代的正负电子对撞机——超级陶粲装置。新一代的超级陶粲装置的设计亮度大于0.5×1035 cm-2 s-1,对撞的质心能量覆盖2—7 GeV,相关性能比当前正在运行的北京正负电子对撞机BEPCII 有大幅度的提升。该装置将为探索宇宙中正反物质的不对称性(CP破缺)、深入研究强子内部结构及非微扰强相互作用本质、寻找奇异物质和超越标准模型的新物理现象等前沿重大课题提供关键平台。陶粲装置的预研和建设对我国现有已掌握的高能加速器和探测器相关关键技术提出了重大挑战,对我国的基础科学研究、高新技术的发展以及相关综合性人才的培养等方面具有重要的科学意义和战略地位。

中国极化电子—离子对撞机 Hot!

梁羽铁,杨一玻,赵宇翔
2020, 49(8): 525-536     全文: PDF (7225 KB)   ( 下载: 913 )
摘要

电磁相互作用把质子与电子束缚起来,形成氢原子。人类对于电磁相互作用的深刻认识发展出智能手机和信息技术,给日常生活带来了极大的便利。相比之下,夸克和胶子如何被强相互作用束缚从而形成质子与中子,人类还缺乏充分的认识。因此,全球的中高能核物理学家提出了建设未来高精度极化电子—离子对撞机以对其进行更深入的研究。文章主要介绍中国极化电子—离子对撞机实验上的物理问题,以及量子色动力学格点计算在这些物理研究中的重要作用。

前沿进展

氧化物半导体柔性电子学研究进展 Hot!

梅增霞,梁会力,杜小龙
2020, 49(8): 538-544     全文: PDF (4772 KB)   ( 下载: 905 )
摘要

柔性电子学器件在未来消费电子领域有巨大的应用前景,更是消费升级和社会进步的必然需求,在可穿戴传感、柔性显示、电子皮肤和可植入医疗等领域有着广泛的应用前景。柔性透明高压二极管器件在构建一体化光伏系统和自供电可穿戴设备的能源管理电路中有着巨大的应用潜力。文章首先设计并制作了一种新颖的柔性透明ZnO场效应二极管,其整流比可高达108,漏电流低至10-15 A/μm,且制备工艺和普通TFT完全兼容。通过引入特定尺寸的错排(offset)区域,进一步制备了击穿电压最高可达150 V的柔性透明高压二极管;利用4个单元器件组合成柔性高压全波整流电路,成功地将摩擦纳米发电机产生的高压交流电整流为直流电,存储到超级电容器中。柔性光电探测器因具有轻便耐用、柔软便携、可与非平面组织贴合等独特优势,逐渐成为光电探测技术发展的一个新方向。通过微量调控生长过程中的氧流量,系统研究了柔性非晶Ga2O3日盲紫外探测器和X射线探测器的性能与材料制备过程中氧分压的对应关系,实现了对器件响应度和响应速度的调控,并给出了相应的物理模型;通过器件结构的设计与材料物性的调控,器件的性能得到了大幅提升,并显示出良好的耐高压、耐辐照和弯曲特性。

研究快讯

形状记忆聚合物万能抓手 Hot!

令狐昌鸿,张顺,宋吉舟
2020, 49(8): 545-547     全文: PDF (3929 KB)   ( 下载: 834 )
摘要

使用抓手对物体进行抓取和操纵是生活、生产和科研中的一项基本任务。自然界中,动物有灵活的爪子,人类有灵巧的双手,可以非常轻松地完成这样的任务,但对机械系统来说却是一大挑战,因为机械抓手要处理的物体尺寸跨度大、形状差异大、数量规模大:从几十英寸的显示屏,到几十微米的电子元器件,这些物体横跨宏观(>1 mm)、介观(100 μm—1 mm)到微观(<100 μm)尺寸;从玻璃片、小钢珠,再到钥匙串,这些物体的形状多种多样;从流水线上分拣的单个物体,到柔性电子器件制备和Micro-LED显示屏组装中成千上万的元件,这些物体的数量规模变化不一,甚至还常常要求先一次性抓取大量元件,再选择性地释放部分元件。

物理攫英

寻找一个自洽的常数

范祖辉 编译
2020, 49(8): 548-549     全文: PDF (2412 KB)   ( 下载: 641 )
摘要
在宇宙学发展的历程中,最伟大的发现是天文学家哈勃意识到了宇宙在膨胀。这一突破为我们了解宇宙年龄、微波背景辐射和宇宙大爆炸奠定了基础。

量子互联网所需的关键设备

戴闻 编译
2020, 49(8): 550-550     全文: PDF (1231 KB)   ( 下载: 833 )
摘要
量子信息科学的进步带来了量子互联网的可能性——通过处于叠加态的光子(被称为量子比特)传输信息;而不像今天的网络,靠纯粹的数字0和1从一个地方到另一个地方穿梭。
物理学漫谈

最高冷的元素——氦

黄元
2020, 49(8): 551-554     全文: PDF (3772 KB)   ( 下载: 822 )
摘要
在元素周期表中,氦元素排在第二,原子核外只有一个轨道,并且被两个电子完全占据,没有额外的电子可以参与成键,属于最轻的惰性元素。氦有3He和4He两种同位素,氦气常压下的沸点是4.2 K,是最难液化的气体。液态氦在温度下降至2.18 K时,性质发生突变,成为一种超流体,能没有粘滞力地流动,热导率变得非常高,约为铜的800 倍;其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。因此在元素单质中,氦不仅是温度最低的流体,也基本不参与其他元素的化学反应,是名副其实最“高冷”的元素。
物理学史和物理学家

奋斗 机遇 物理(上)

郝柏林
2020, 49(8): 555-562     全文: PDF (6432 KB)   ( 下载: 941 )
摘要
郝柏林先生(1934—2018)是大家熟知的著名理论物理学家,他在中国物理学科发展大业里深耕苦干、身先士卒,影响并激励了很多后学投身其中,接棒传承。2011年4月郝柏林先生曾在复旦大学物理系及理论生命科学研究中心发表演讲,讲述自己的成长奋斗过程。之后又受邀在多所学术单位作同样内容的报告,深受听众欢迎。郝先生去世后,根据他2013年在复旦大学希德书院的报告录音,由复旦大学物理系周鲁卫教授文字整理、中科院理论物理研究所刘寄星研究员修改审核成文,收入吴晓明主编的 《书院的理念与探索——复旦大学书院讲演录II》(复旦大学出版社,2019)。文中郝先生结合自己年轻时的经历,回忆并讲述了大量有趣的往事。郝先生这篇富有哲理的讲演中所体现的在困境中的奋斗精神和积极的人生态度,必然会对年轻的朋友们有所启发。值此郝先生去世两周年之际,本刊征得郝柏林先生家属同意,特分三次刊发此文,以飨读者。
谈书说人

谈书说人之二:一则勘误和两个故事

刘寄星
2020, 49(8): 563-566     全文: PDF (3961 KB)   ( 下载: 932 )
摘要
8年之前,也就是朗道—栗夫席兹的《统计物理学I》的中译本第二次印刷前,应该卷校审人郑伟谋教授及王超编辑之约,我曾写了一篇不到两千字的“版本说明”,刊登在该书序言之后。这篇说明大致介绍了朗道—栗夫席兹《理论物理学教程》的缘起及《统计物理学》一卷的发展沿革,以图使读者对朗道—栗夫席兹教程的起源有一个大致了解。对于撰写这篇短文,我当年颇下功夫,参考过不少历史文献。然而,最近发现我的这篇说明犯了个大错误,不得不在此勘误,以免继续误导读者。
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