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物理  
  物理--2022, 51 (2)   发布日期: 2022-02-12

封面故事:核子是自然界一切可见物质的主要组分。自核子发现以来,其基本性质一直是研究的前沿热点。近期,依托北京正负电子对撞机,第三代北京谱仪实验在2.0 GeV至3.08 GeV能量范围内,使用虚光子探针逐能量点扫描出中子的电磁形状因子。实验团队解决了包括反中子、中子和光子等中性粒子的重建、鉴别和效率校准等一系列挑战,通过综合分析探测器中的信号特征,在数十亿事件中成功地找到了数千个信号事件。与之前的实验结果相比,统计量提高了约60倍。由此,该研究取得了目前为止世界范围内最精确的中子电磁形状因子的测量结果,澄清了在该领域中持续20余年的光子核子相互作用反常之谜,并首次发现了中子精细电磁结构中的振荡现象。该研究结果以封面文章发表在Nature Physics 2021年第17卷11期。

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评述

光极限探测技术在空间通信中的应用 Hot!

王建宇,张亮,文天成
2022, 51(2): 73-80     全文: PDF (13583 KB)   ( 下载: 1242 )
摘要

光是人类最早的科学研究对象之一,光子是光的最小能量单元,具备量子的基本特征。随着科学技术发展,人类已经能够实现对单个光子的极限探测。光的常规探测已经普遍应用于地面光纤通信中,而光的极限探测则在空间量子通信及深空超远距离光通信中具备重要的应用价值。文章介绍了光极限探测技术在空间量子科学实验、空间光子通信中的典型应用及涉及的核心技术。

冷原子专题

量子显自极寒来——冷原子研究漫谈 Hot!

邢益辉,李文通,刘伍明
2022, 51(2): 81-91     全文: PDF (7964 KB)   ( 下载: 1239 )
摘要

冷原子体系的量子波动性、宏观量子相干性和人工可调控性,使其成为了一个全新的量子体系,其新颖的量子态和奇异物性的研究是国际上具有前瞻性和挑战性的前沿领域。自1995年实现稀薄气体玻色—爱因斯坦凝聚以来,从单组分、简单相互作用的研究逐渐过渡到多组分、复杂多体效应以及自旋—轨道耦合、非厄米、强关联、无序效应等新物理的研究。文章介绍了近几年冷原子方面的研究进展,包括冷原子的相关技术、冷原子在量子精密测量、量子模拟和量子计算方面的重要工作,期望给未来的研究以新启迪。

超冷单原子分子阵列 Hot!

詹明生
2022, 51(2): 92-99     全文: PDF (10124 KB)   ( 下载: 1180 )
摘要

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台。文章介绍近年来单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子—分子耦合态相干控制、单个超冷分子的相干合成、异核原子阵列确定性制备等方面所取得的最新研究结果。对未来在多体物理、超冷化学、精密测量、量子模拟、量子计算等方面的发展前景进行了展望。

冷原子气体的时频测量——光晶格原子钟 Hot!

卢晓同,常宏
2022, 51(2): 100-109     全文: PDF (9336 KB)   ( 下载: 1156 )
摘要

基于冷原子气体的时频测量在近20年里快速发展,引起了人们的广泛关注,其典型代表是基于大量中性原子的光晶格原子钟。利用超稳钟激光同时探测囚禁在光晶格里成千上万个冷原子的钟跃迁信号,光晶格原子钟已实现10-18量级的频率准确度和10-17量级的秒级稳定度,大幅度提高了时频测量的精度。文章概述了光晶格原子钟的发展历史、工作原理、性能评估及应用前景。

物理学史钩沉

黑体辐射公式的多种推导及其在近代物理构建中的意义(IV) Hot!

曹则贤
2022, 51(2): 110-116     全文: PDF (1732 KB)   ( 下载: 1268 )
摘要

普朗克(Max Planck,1858—1947)生于基尔一个学术之家,其祖父是哥廷恩大学的神学教授、父亲是基尔大学的法学教授,后者于1867 年转入慕尼黑大学任教。1874—1879 年间,普朗克在慕尼黑大学和柏林大学修习物理(图15)。在慕尼黑大学开始学习初等物理时, 普朗克跟随的是Philipp von Jolly (1809—1884)教授,一个认为物理学只有一些洞洞要修修补补的教授(曾精确测量重力加速度),因而他不鼓励普朗克学物理。普朗克回答说他没想做出什么新发现,只是想学会那些基础物理。

研究快讯

解决光子核子耦合之谜 Hot!

胡继峰,周小蓉,黄光顺
2022, 51(2): 117-119     全文: PDF (5460 KB)   ( 下载: 1139 )
摘要

19世纪末放射性的发现打开了微观世界的大门。彼时,核物理学家借助天然射线轰击标靶来探索物质内部的结构。今天人们已经知道核子(质子和中子统称核子)是自然界一切可见物质的主要组分。然而核子的基本性质仍有许多问题未被完全理解。从整体角度看,质子携带一个正电荷而中子没有。如果深入到核子内部,又如何理解质子和中子之间的联系及异同呢?实验是一个解决方案。

物理攫英

新的宇宙曙光

邓舒夏,苟利军 编译
2022, 51(2): 120-123     全文: PDF (6334 KB)   ( 下载: 907 )
摘要
哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。

物理学2021年度亮点

戴闻 编译
2022, 51(2): 124-125     全文: PDF (6085 KB)   ( 下载: 927 )
摘要
美国宇航局的Parker太阳探测器比其他任何人造物体都更接近太阳。2021年4月,宇宙飞船将探测器带到距离太阳中心18个太阳半径(1300万千米)的绕日轨道(图1)。它进入了日冕的一个高度磁化区域,在那里磁能主导着等离子体的动能。该探测器测量了等离子体的湍流和磁场的涨落,为太阳科学家提供了关于太阳风驱动机制的翘首以盼的数据。这些观测结果也可以解释日冕温度比太阳表面高一千倍的原因。
物理学史和物理学家

波兰理论物理学家利奥波德·因费尔德与相对论研究

张伟伦,朱慧涓
2022, 51(2): 126-132     全文: PDF (3297 KB)   ( 下载: 1010 )
摘要
利奥波德·因费尔德是波兰著名理论物理学家,他在相对论理论、场论等领域都作出了突出贡献,提出了玻恩—因费尔德理论、爱因斯坦—因费尔德—霍夫曼理论等重要理论。二战结束后,因费尔德回到波兰,致力于战后波兰理论物理的重建,在短时间内建成了相对论研究中心。文章介绍了因费尔德的生平和早期的研究经历,梳理了他与三位重要合作者的研究工作及重要成果,以及晚年在波兰重建理论物理学及创立相对论研究中心的过程。因费尔德一生致力于相对论研究,取得了重大成就,而且为战后波兰理论物理的重建及相对论研究的兴起作出了重要贡献,是波兰伟大的理论物理学家。
物理思想进课堂

动量、动能与牛顿的力——动力学的基础概念与图像

陈征,魏红祥,张玉峰,郑永和
2022, 51(2): 133-135     全文: PDF (4302 KB)   ( 下载: 1099 )
摘要

在人类探索自然的过程中,无论是将其归因于“造物主的完美”,还是基于“实用主义的必须”,有一条基本的信念始终贯穿其中,那就是宇宙中一定存在某些永恒不变的东西,它或许是组成世界的元素,又或许是物体上承载的某种性质,亦或是支配事物运行变化的法则。

科学基金

2021年度物理科学二处科学基金评审工作综述

李会红,金亮,刘鹏
2022, 51(2): 136-142     全文: PDF (2391 KB)   ( 下载: 882 )
摘要
国家自然科学基金委员会(简称基金委)数理科学部物理科学二处(简称物理II)主要资助基础物理、粒子物理、核物理、加速器反应堆与探测器、等离子体物理、核技术及其应用等领域的研究工作,同时负责受理国家自然科学基金委员会—中国工程物理研究院联合基金(简称NSAF联合基金)、理论物理专款等特殊类型的项目,还有核技术创新联合基金中涉及物理II领域的项目。文章简要综述2021年度物理II基金项目受理、评审和资助情况以及2022年度申请注意事项。
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