现代物理知识
 
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2018年 30卷 6期 刊出日期 2018-12-18
纪念北京正负电子对撞机建成30周年征文选登
CERN的重要实验与发现
物理知识
物理前沿
教学参考
科学源流
纪念北京正负电子对撞机建成30周年征文选登
3 从BEPC到CEPC——不忘初心,以BEPC精神再创新辉煌
魏微
说起为什么我会选择来到高能所，以高能物理作为奋斗的事业，可能最初是源于十四年前那个普通的下午。那时的我只是一个初来高能所参加大学生研究计划的大三学生，七月的北京下午五点依然骄阳似火，我匆匆赶往食堂，路边展报前一位白发苍苍的老人吸引了我的注意。他正聚精会神地阅读着展报里的每一行文字，每一张图片。直到二十分钟后我吃完饭再次路过时，他仍在驻足观看。虽然身姿不再挺拔，但与之形成鲜明对比的是他矍铄的精神。在科学研究前，他就好像永远年轻，永远保持着充沛的斗志。
2018 Vol. 30 (6): 3-5 [摘要] ( 1028 ) [HTML 1KB] [PDF 6543KB] ( 89 )
6 对撞机赞歌——献给BEPC建成三十周年 Hot!
王渭
茫茫宇宙，浩瀚无边，宏观微观，终极无限。1972年周总理对基础科学的批示，永远镌刻在我们的心田：“这件事不能再延迟了！”伟大的号召像浓云中的雷鸣电闪，千万科学家摩拳擦掌响应召唤，揭开了我国高能物理的新纪元。
2018 Vol. 30 (6): 6-6 [摘要] ( 999 ) [HTML 1KB] [PDF 344KB] ( 808 )
7 理论物理室在BEPC建设中做出重要贡献
黄涛
1973年成立了中国科学院高能物理研究所，张文裕所长一直强调高能物理的发展要有自己的实验基地，为此必须重视加速器物理、实验和理论物理三部分的发展。1978年，中国科学院成立理论物理研究所之前，科学院领导曾有意邀请朱洪元将高能所理论室主要骨干一起带过去，并任所长。张文裕获悉后非常不高兴地说：高能物理所必须要有强的理论室，理论、实验、加速器是高能物理发展不可或缺的三个组成部分。在老所长领导下，朱洪元室主任带领理论物理室在BEPC建设中做出了重要贡献。
2018 Vol. 30 (6): 7-9 [摘要] ( 971 ) [HTML 1KB] [PDF 5023KB] ( 57 )
10 秋日小记:我的ABC
阮曼奇
2018年初秋，天气渐凉。
2018 Vol. 30 (6): 10-12 [摘要] ( 907 ) [HTML 1KB] [PDF 1938KB] ( 33 )
13 我为BEPC/BES的成功点赞——纪念BEPC对撞成功30年
李金
北京正负电子对撞机BEPC及其实验装置北京谱仪BES是我国最大的基础科学实验研究设备之一，1984年开始工程建造，1988年建成并实现正负电子对撞，从1988年实现对撞和1989年投入实验运行到今天已经30年了。在这30年里，BEPCI升级到BEPCⅡ，BESI升级到BESⅡ再到BESⅢ，不间断的实验运行获取了大量的事例样本，取得了一个又一个高能物理界很有影响的物理成果。以北京谱仪BESI的“τ轻子质量精确测量”、BESⅡ的“2~5GeV能区强子反应截面（R值）测量”和“北京谱仪Ⅱ实验发现新粒子”…等为代表的物理成果，都是当年国际高能物理界公认的亮点和世界一流的物理成果，都获得了国家自然科学二等奖，也是国内当年十大科技新闻之一。这不仅表明了我国有能力在世界高科技领域“占有一席之地”，而且已经在一些领域占有了一席之地甚至领跑世界。实现了邓小平同志对中国高科技领域“占有一席之地”的希望，也是包括我在内的中科院高能物理所全体人员，特别是工作在BEPC和BES上科学家们和工程技术人员的共同愿望。
2018 Vol. 30 (6): 13-15 [摘要] ( 1145 ) [HTML 1KB] [PDF 1608KB] ( 39 )
CERN的重要实验与发现
16 在强子中揭示部分子——从ISR到SPS Hot!
谢一冈
我们对强子结构的了解是从20世纪70年代到80年代初由几个粗糙概念到精细理论的发展过程中开始的，那就是用量子色动力学描述由基本粒子（夸克和胶子）组成的强子。虽然电子与中微子对核子的深度非弹性散射和电子-正电子对撞在这一发展过程中起着主要作用，但是较少被人所知的是关于强子对撞在揭示了部分子结构，部分子间相互作用动力学研究，以及作为一个直接研究胶子相互作用方面的专门实验室。CERN的交叉储存环（ISR）是世界上有效能量高达60 GeV的第一台质子-质子对撞的强子对撞机，而且其特点是独立的双环运行，并在对撞点处的两束流间有小的交叉角度。本文回忆了ISR的决定性贡献并在其后介绍质子-反质子SPS对撞机以及对当前的世界最高能量的强子对撞机LHC都起到了先导作用。本文也介绍了ISR在物理方面的贡献。
2018 Vol. 30 (6): 16-29 [摘要] ( 1044 ) [HTML 1KB] [PDF 17267KB] ( 876 )
物理知识
30 时空的乐章——引力波百年漫谈(十一)
卢昌海
GW150914是一个里程碑式的成就，不过LIGO的成功不能只靠一次成就。事实上，如我们在第二十节中提到的，探测到GW150914之后的一段时间内，LIGO内部对GW150914有一种基于概率的疑虑，消除这一疑虑的则是三个多月后探测到的另一组信号：GW151226。
2018 Vol. 30 (6): 30-36 [摘要] ( 1009 ) [HTML 1KB] [PDF 2757KB] ( 97 )
物理前沿
37 原子核质量的精密测量 Hot!
靳根明
自然界中万物都是由原子组成的，但是一个原子中的主要质量都集中于原子核，它占原子质量的99.9%以上。在原子核内，其质量与各种力的固有的内在联系，使得原子核的质量成为许多科学研究领域的支柱。因此，原子核的质量，作为它的最主要的特性，无论是在日常生活中，还是在科学技术中都具有主要的地位和作用。特别是在科学研究领域，不同学科对原子核质量数据的精度有不同的需求。一般来说，在普通物理和化学学科中，其基本信息对原子核质量分辨的要求在1×10-5~1×10-6；核物理研究要求原子核质量的分辨达到1×10-6~1×10-8；原子物理中QED的研究要求更高的原子核质量分辨，1×10-9~1×10-11；至于基础物理领域，要检验基本物理常数时，例如，要检验电荷共轭-宇称变换-时间反演（CPT）理论（假设），要求原子核质量测量分辨也要达到1×10-11。
2018 Vol. 30 (6): 37-45 [摘要] ( 1073 ) [HTML 1KB] [PDF 8816KB] ( 1423 )
46 稳态强磁场实验装置及其科学研究 Hot!
匡光力, 邵淑芳
稳态强磁场实验装置（Steady High MagneticField Facility，SHMFF）是我国自主研制的国内唯一能提供稳态强磁场实验条件的国家重大科技基础设施，已于2017年9月竣工，完成国家验收。SHMFF的磁体技术和装置综合性能达到国际领先水平，为我国材料、物理、化学、生命科学等多学科的前沿研究提供了一流水平的强磁场极端实验条件。来自国内外的众多科学家们正在利用SHMFF开展多学科研究，已经取得一大批重要的科学研究成果，不断地推动多学科基础科学前沿的发展。
2018 Vol. 30 (6): 46-55 [摘要] ( 879 ) [HTML 1KB] [PDF 24047KB] ( 930 )
56 中微子对宇宙大尺度结构的非线性效应
于浩然, 张同杰
中微子的特性是现代物理学的重大问题之一。在粒子物理标准模型中有三类中微子，中微子振荡实验测量出不同中微子的质量平方差，表明中微子的质量总和不为零，并给出了中微子质量和的下限：0.05 eV。中微子质量对宇宙演化有着复杂的影响。在宇宙早期，中微子为相对论性粒子，作为辐射能量密度，从而改变了物质辐射的能量密度比。基于此效应，宇宙微波背景辐射（CMB）的观测给出了中微子质量总和的上限：0.2 eV。中微子在宇宙膨胀过程中逐渐变为非相对论性粒子，由辐射能量密度转为物质能量密度。由于在宇宙晚期（现在时刻），中微子的速度弥散（热运动速度）仍明显高于冷暗物质和重子物质，其这种特有的热运动速度使其显著地不易受引力影响而坍缩成团，从而压低小尺度的总物质功率谱。基于此效应，当今和未来的星系巡天计划（如Euclid、LSST、DESI、PFS等）都计划给出更好的中微子质量总和的上限。论文“Differential neutrino condensation onto cosmicstructure”利用计算机数值模拟方法发现了中微子对宇宙大尺度结构的新效应，使得我们有望在未来的星系巡天中利用中微子和暗物质的密度差来限制中微子的质量。
2018 Vol. 30 (6): 56-58 [摘要] ( 1166 ) [HTML 1KB] [PDF 3349KB] ( 147 )
58 软光子定理与电磁学记忆效应
毛普健, 吴俊宝
在广义相对论体系中，引力波指的是时空弯曲的涟漪以波的形式由辐射源向外传播。1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了其存在性。引力波不存在于牛顿的经典引力理论中，因为牛顿引力理论假设物质之间的引力相互作用是一种超距作用，即传播的速度是无穷大的。所以引力波也是验证广义相对论的重要现象之一。自从爱因斯坦预言了引力波之后，物理学家和天文学家在实验探测中做出了无数的努力。由于直接探测引力波对实验精度的要求极高，在爱因斯坦预言整整100年之后，LIGO探测器才首次直接探测到了引力波信号。该结果也是2016年最重大科学成果之一。
2018 Vol. 30 (6): 58-59 [摘要] ( 991 ) [HTML 1KB] [PDF 468KB] ( 38 )
59 利用子域全息复杂度探测约化保真率性质
甘文聪, 舒富文
20世纪70年代，贝肯斯坦与霍金发现黑洞熵正比于黑洞视界面积，这促使Susskind和t'Hooft提出了量子引力的一个一般性原理：一个引力系统的全部信息储存在其更低一维的表面，即全息原理。1997年，Maldacena从弦理论出发提出的反德西特时空/共形场论（AdS/CFT）对偶是全息原理的一个具体实现。AdS/CFT对偶说的是d+1维的AdS时空中的量子引力理论等价于d维平坦时空中的共形场论。这意味着量子引力理论的性质可以从非引力的共形场论理解。从这个角度讲，引力被认为是非基本的，而是可以从其他更基本的自由度演生出来的现象，这被称作演生引力。最先的突破来自于2006年Ryu和Takayanagi提出的全息纠缠熵公式：场论纠缠熵正比于空间最小面（RT面）的面积。从这个角度上讲，引力系统的几何量，如长度、面积等，与场论自由度之间的纠缠有关。第二个突破来自于2009年，Swingle发现，能够有效描述无能隙临界量子多体系统（其连续极限由共形场论描述）基态的张量网络——多尺度纠缠重整化假设（MERA）的图结构与AdS时间切片的离散结构非常相似。而格点自由度之间的纠缠就隐藏在张量与张量的连接中。这进一步暗示了时空几何可以从场论演生出来。
2018 Vol. 30 (6): 59-60 [摘要] ( 995 ) [HTML 1KB] [PDF 473KB] ( 18 )
教学参考
61 让科普真正融入课堂
刘圣君, 赵伦, 宋嘉庚, 沈志毅
2016年，习近平总书记提出“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼”，科普的重要性已不言而喻。在2018年全国物理科普大会上，几位院士和专家学者也都在报告中多次强调科普的重要性和紧迫性。如何将我国最新科技创新的重要成果传递给学生，如何有效利用课堂的时间培养学生的科学意识和技术意识，为国家培养高素质的技术和技能人才，也是值得我们处于教学一线的教师深入思考的问题。
2018 Vol. 30 (6): 61-65 [摘要] ( 869 ) [HTML 1KB] [PDF 4317KB] ( 44 )
科学源流
66 诺贝尔物理学奖几点回顾 Hot!
施郁
诺贝尔奖是当代文化的风景线，覆盖了人类文明很多领域，是这些领域中或大或小的里程碑。最初设立的奖项有物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖和和平奖，后来加上经济学奖。
2018 Vol. 30 (6): 66-68 [摘要] ( 970 ) [HTML 1KB] [PDF 648KB] ( 1052 )
69 物理学史中的十一月
萧如珀, 杨信男
虽然夸克只不过是标准模型粒子家族中的一支，但其中粲夸克的发现却开启了一系列的突破，被称为“十一月革命”——它几乎同时由两个完全不同的人所领导的两组不同团队，使用不同的方法，在两台不同的加速器上发现。
2018 Vol. 30 (6): 69-70 [摘要] ( 829 ) [HTML 1KB] [PDF 4401KB] ( 34 )
71 物理学史中的十二月
萧如珀, 杨信男
假如你开车经过美国爱达荷州东部的高海拔沙漠，你很可能会撞见现在叫做爱达荷国家实验室，这是一个联邦核研究设施，在核动力发展上扮演着关键的角色。它安放着已退役的实验增殖反应堆1号（EBR-I），是第一个经由核分裂以产生有用电力的核反应堆，而负责此设计与操作的是一位加拿大的物理学家秦恩（W.H.Zinn）。
2018 Vol. 30 (6): 71-72 [摘要] ( 860 ) [HTML 1KB] [PDF 819KB] ( 81 )
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