中科院高能所
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看“拉索”叩问“世纪之谜” | 手绘大科学装置
最新成果拉索发现巨型超高能伽马射线泡认证第一个超级宇宙线加速源星标关注“中国科学院高能物理研究所”微信公众号精彩内容不错过觉得不错,请点这里↓↓↓
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拉索发现巨型超高能伽马射线泡认证第一个超级宇宙线加速源
高海拔宇宙线观测站(LHAASO,“拉索”)在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构,历史上首次找到能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。该成果于2月26日以封面文章的形式在《Science
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那个神秘“小男孩”的诞生之地现在怎样了?
Sachs)博士,可直到10月11日,萨克斯才找到机会面见罗斯福总统递交了此信,他恳请罗斯福总统充分重视科学家们的建议。罗斯福总统最终将自己的军事顾问陆军少将埃德温·马丁·沃森(Edwin
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真没想到,足球与物理学家有着如此密切的关系(V)
Gloryhttps://www.nytimes.com/2019/05/22/magazine/soccer-data-liverpool.html......(全文完)编辑:刘铭精彩视频
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无法想象!足球与物理学家的奇妙碰撞(III)
撰文|小溪上篇谈到棒球的数据分析进行得不错,那么“赛伯计量学”在足球界的应用是如何发展起来的呢?投资家约翰·亨利仍然起了很关键的作用。约翰·亨利2002年收购美国“波士顿红袜棒球队”后得到了丰厚回报,2010年10月他又通过竞标以巨资收购了处境艰难的英国“利物浦足球队”。他考虑到自己比较熟悉棒球而对足球了解不多,很想聘请在“托特纳姆热刺足球队”探索过“赛伯计量学”的达米安·科莫利(Damien
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从大亚湾实验到江门实验
纯净水江门和大亚湾的中微子探测器都泡在水中,用水来屏蔽探测器外部的放射性。大亚湾采用电阻率达到18兆欧的纯净水,在10米深的水池中呈现清澈的蓝色,非常漂亮,曾经以为这就是最纯净的水了(图3)。图3
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高能物理研究所:50年科学发现与创新发展之路
中国科学院高能物理研究所(简称高能所)是我国从事高能物理研究、先进加速器物理与技术研究及开发利用、先进射线技术与应用的综合性研究基地。其前身是创建于1950年的中国科学院近代物理研究所,后改称物理研究所、原子能研究所。1972年8月,张文裕、朱洪元、谢家麟等18位科技工作者给周恩来总理写信,反映对发展中国高能物理研究的意见和希望,强调发展高能物理的重要性。1972年9月11日,周恩来总理在对《关于建设中国高能加速器实验基地报告》的复信中指示:“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来,同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究,应该成为科学院要抓的主要项目之一。”1973年2月1日,在党和国家领导人的亲切关怀下,高能所正式成立。在庆祝高能所建所50年之际,我们通过多个途径征集遴选了50个重要科学发现和技术创新,展示高能所在粒子物理、加速器技术、多学科交叉、国际合作等领域的成就。这里列举的成就只是高能所50年来所取得成果的一部分,过去50年高能所为我国的高能物理发展以及知识创新、技术发展、社会经济提升及人才建设作出了重要贡献。建成我国第一个高山宇宙线观测站,为我国粒子物理研究奠定基础宇宙线研究是粒子物理与原子核物理学科的一个重要领域。在加速器建造完成之前,宇宙线研究是早期我国高能物理实验研究的唯一手段。1954年,在云南落雪山上建成我国第一个高山宇宙线观测站(如图),也是我国第一个研究高能物理的基地。1965年位于原站址附近的大云室建成,1972年观测到一个质量大于12GeV的“可能的重粒子事例”,获1978年全国科学大会重大成果奖、1987年全国自然科学三等奖。合作发现胶子,加深人类对物质微观结构的认识1979年9月,由著名物理学家丁肇中教授领导的高能物理实验小组,通过实验找到了胶子存在的证据,这一重要发现对于加深人类对物质微观结构的认识具有重大意义。高能所是该小组的五个协作单位之一,唐孝威等20多位科学家参加实验研究。(图为1979年9月5日《人民日报》的报道)中美高能物理合作开启中美科学技术合作1979年1月31日,邓小平访美期间,方毅副总理和美国能源部部长施莱辛格代表中美双方签署《中华人民共和国国家科学技术委员会和美利坚合众国能源部在高能物理领域进行合作的执行协议》(如图),这是中美科学技术合作协议的第一个执行协议,开启了两国在科学研究领域的合作并逐渐扩展到其他领域。根据这个协议,举行中美高能物理合作年度会谈。中美高能物理合作协议是中美政府间第一个学科领域内的合作协议,自合作协议签订以来,中美高能物理联合委员会共召开了38次会议,签订了38个年度合作计划,合作项目累计千余项。推动了北京正负电子对撞机、北京谱仪、大亚湾中微子实验等多个大科学装置的国际合作,中美高能物理合作堪称两国基础科学领域合作的典范。高空科学气球推动我国空间粒子探测研究发展高空科学气球是在30-40千米或更高高度的大气层顶端开展空间天文和多学科空间研究的重要平台。1977年,高能所提出发展中国高空科学气球的建议,同中国科学院大气物理所合作,经过几年的努力,在河北香河大气所观测站建成万立方米级高空科学气球技术系统。1985年,我国第一个10万立方米高空科学气球发放成功(如图),对天鹅座X-1高能X射线能谱测量获得成功,标志着我国高空气球已进入了大型气球的行列,高能天体物理实测研究进入新阶段,这一成果获1985年国家科技进步二等奖。建立层子模型理论层子模型理论是1965-1966年由北京基本粒子理论组朱洪元、胡宁、何祚庥、戴元本等39人完成的。它是基于对强子具有内部结构的认识,认为强子是由下一层次的层子组成的,并引入相对论性束缚态波函数描述强子参与的各种过程,成功地解释当时粒子物理实验数据的一些主要方面。该项成果获得1982年国家自然科学二等奖。(图为北京基本粒子组研讨层子模型理论)设计建造我国首台质子直线加速器1982年12月17日,由高能所自主设计制造的我国首台10MeV质子直线加速器出束,用于核物理实验、医用放射性同位素制备和快中子治疗研究。后经升级,1989年建成35MeV质子直线加速器(如图),稳定运行至2003年。北京35MeV质子直线加速器获1991年国家科技进步一等奖。基于这台加速器,高能所建成了中国第一个快中子治癌研究实验室,建成了同位素制备实验室和放射性药物制备厂并成功用于基础研究和应用研究。1984年,邓小平为北京正负电子对撞机工程奠基北京正负电子对撞机(BEPC)是在邓小平同志亲切关怀下建设的国家大科学装置,也是我国第一台基于高能加速器的重大科技基础设施。1983年4月25日,国务院批准国家计委《关于审批2×22亿电子伏正负电子对撞机建设计划的请示报告》,工程正式立项。1984年10月7日,BEPC正式破土动工。邓小平等党和国家领导人亲临现场,参加奠基仪式(如图)。BEPC工程包括一台2×22亿电子伏特能量的正负电子对撞机,一台大型探测器北京谱仪BES和北京同步辐射装置BSRF。1988年,北京正负电子对撞机成功实现正负电子对撞1988年10月16日,北京正负电子对撞机首次实现正负电子对撞。《人民日报》称“这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”,“它的建成和对撞成功,为我国粒子物理和同步辐射应用开辟了广阔的前景,揭开了我国高能物理研究的新篇章”。1988年10月24日,邓小平等党和国家领导人视察BEPC,接见参加工程建设的代表,邓小平发表“中国必须在世界高科技领域占有一席之地”的重要讲话(如图)。北京正负电子对撞机获1990年国家科技进步奖特等奖。发展互联网技术,推动国际互联网在我国发展1986年8月,高能所通过卫星电话线路实现了北京高能所到瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)的计算机远程登录,发出了中国的第一封国际电子邮件(如图)。1988年7月高能所的一台VAX785计算机通过X.25成功连接到日内瓦CERN的互联网,成为中国进入国际互联网的第一个节点(bepc2.ihep.cern.ch)。瞄准陶粲能区开展高亮度前沿物理研究,1989年开始北京谱仪实验北京正负电子对撞机上的北京谱仪实验是首个由中国主导发起的大型高能物理实验。从1989年采集到第一个对撞事例以来,北京谱仪实验经历了北京谱仪(BES)、北京谱仪II(BESII)和北京谱仪III(BESIII)三个阶段,取得一系列重要物理成果,成为世界上研究陶粲能区物理的重要前沿实验设施,是中国高能物理发展的一个最重要的里程碑。建设西藏羊八井国际宇宙线观测站,开展宇宙线与高能γ天文观测、太阳与空间环境研究1989年,西藏羊八井国际宇宙线观测站开工建设,观测站由中日合作广延大气簇射阵列(ASγ)和中意合作全覆盖探测阵列(ARGO)组成。2006年,ASγ在《科学》杂志上发表“宇宙线各向异性及其围绕银河系中心旋转的证据”,被誉为里程碑式的成果。2021年,ASγ观测到迄今最高能量的弥散伽马射线辐射(0.957拍电子伏),首次发现拍电子伏伽马射线在银河系中存在的证据。1991年,北京正负电子对撞机国家实验室成立1991年8月14日,国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室。该实验室负责BEPC相关的设备运行、技术发展、科学实验、学术活动和国际合作等工作。BEPC国家实验室是由中国科学院领导,挂靠在高能所,接受国家计委、财政部、国家科委、国家自然科学基金委、北京市和中国科学院共同管理和拨款资助的对国内外开放的国家实验室。1991年,我国首个同步辐射装置——北京同步辐射装置向用户开放,带动同步辐射研究和应用发展北京同步辐射装置(BSRF)是我国第一个建成并投入使用的、覆盖从紫外到硬X射线波段的大型同步辐射装置,属于第一代同步辐射光源。1991年正式对外开放,为物理、化学、生物、农业、材料、微电子和能源等领域提供最先进的研究手段。BSRF绝大部分设备为自主研发、制造,后经不断地改进和升级,性能接近第二代同步辐射光源。北京正负电子对撞机同步辐射装置的建立运行标志我国已进入同步辐射应用的新时期。(图为BSRF
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通过测量电子的电偶极矩寻找新物理:局限与误区
TeV的粒子,后者比欧洲核子研究中心的大型强子对撞机所能观测到的粒子能量大10倍——大型强子对撞机的建造花费了约47.5亿美元,而其每年的运行费为10亿美元”(With
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地壳会毁灭?流浪地球不可行?地质学告诉你答案!
作者:李俊龙审校:陈宇宙在等着回校和同学一起去看《流浪地球2》的时间里,我已经被各大兄弟院校的球2的科普各种“剧透”,于是重温了球1和科普中对推动地球离开轨道的计算。在小说和电影的背景设定下,地球确实可以被聚发动机推着停止自转并沿霍曼转移轨道离开太阳系。但是,前人的计算都是把地球简化成一个刚体,或者一个有密度分布的近似刚体。有的也考虑到地月,地木引力作用和他们的洛希极限,使“大部分地球物质”成功逃出太阳系。做为一个“老牌的科普up”,看到各位已经分析的非常完美了,所以决定以另一个视角(绝对不是水原创数)分析行星发动机推动地球离开太阳系时,地球表面(着重我们生活的地壳)可能会发生什么。地球结构首先,地球并不是理想计算中的刚体球体,而是有着丰富结构的球体,其密度和物质种类是分布不均的;温度和压力也是由地表到地心逐渐增大的分布,结果就是物质的状态随着深度变化,受到压力温度影响而变化。因此,想要分析使用行星发动机推着地球在逃离太阳系,地球的变化,了解地球内部结构是很重要的。目前为止,地质学家通过钻探,地震波探测,深部样本采样分析,实验室模拟等手段,根据不同深度下物质的物理特性,将地球分为了不同圈层结构。首先最粗略的划分便是我们熟悉的,由表及里的地壳,地幔和地核的三层划分。但是,通过进一步分析物态,地球拥有更丰富的圈层结构。地球圈层结构地壳与上地幔的顶部,组成了约60千米厚的固态的岩石圈,中间夹着康拉德界面和莫霍洛维奇面(代表着地震波速和地壳密度的跃变)。岩石圈由镁铁质岩石、长英质岩石和地幔橄榄岩组成
2023年1月31日
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我们在高山上建起了世界最大的缪子探测器阵列 | 我与拉索
1188个探测器4万平米左右的灵敏探测面积这是宇宙线百年探测史上最大的缪子探测器阵列为应对建设过程中可能遇到的困难LHAASO的科研人员光预研就做了8年新一期《我与拉索》听听他们的故事国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”是全球灵敏度最高的超高能伽马望远镜,位于四川省稻城县海子山,平均海拔4410米,占地面积1.36平方千米。LHAASO运行一年即发现最高能伽马光子,达1.4拍(拍=千万亿)电子伏;发现一批亚拍电子伏以上银河系伽马源,其加速能力突破传统认知,开启了
2022年11月21日
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中科院高能所高能同步辐射光源(HEPS)招聘
中国科学院高能物理研究所(以下简称“高能所”)是我国从事高能物理研究、先进加速器物理与技术研究及开发利用、先进射线技术与应用研究的综合性研究基地。为进一步满足国家重大战略与基础科学研究需求,高能所在北京市怀柔区正在建设一台高性能的第四代同步辐射光源—高能同步辐射光源(High
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三位总师讲述“我与散裂”
在工程建设之初他们面临很大挑战甚至被质疑能不能干下去他们以最严苛的标准建设完成我国第一台脉冲式散裂中子源新一期《我与散裂》听听三位总师的故事中国散裂中子源是我国首台、世界第四台脉冲式散裂中子源,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列,通过自主创新和集成创新,设备国产化率超过90%。装置运行以来,围绕“四个面向”,在新型能源材料、斯格明子拓扑磁性、自旋霍尔磁性薄膜、高强合金纳米相、航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等领域取得一批重要成果,为我国材料科学技术、物理、化学化工、生命科学、资源环境、新能源等领域的国家战略需求和前沿科学研究提供了先进的大型交叉平台。《我和大科学工程》系列微视频无故事,不人生。参与大科学工程建设的科技工作者们,每个人都有自己的故事。他们的“小”故事,让“大”工程有了温度。《我和大科学工程》系列微视频,带你了解大科学工程背后普通科技工作者的酸甜苦辣。他们矢志科技报国,用实际行动践行着对创新的使命与担当的奉献。【往期回顾】1、我与中国散裂中子源2、大科学装置的攻坚者们
2022年9月1日
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候鸟的量子力学:自旋、纠缠态与地磁导航
文章概览我们从初中的历史课上就知道一件事:指南针是中国古代的四大发明之一。指南针的发明和传播对文明的发展产生了很大的影响,让航海时代和世界范围的交流成为可能。但是在科技高度发达的现代社会,指南针在人类世界中已没有了用武之地,导航和定位都是通过卫星来实现的,即使是手机上的“指南针”APP,其原理也换成了“霍尔效应”。但是对于动物来说,特别是每年要往返数千公里南北迁徙的候鸟,它们在没有科学技术辅助的情况下,是怎样进行导航的呢?近几十年的科学研究揭示了候鸟导航的“关键零件”和原理——隐花色素4的自旋单态和自旋三重态对磁场的敏感依赖。本文将对这一原理进行简要的介绍。撰文
2022年7月28日
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我们在历练中成长 | 我与拉索
“广角切伦科夫望远镜阵列”是高海拔宇宙线观测站(LHAASO)的重要探测系统之一,由18个斜冲向天空的“大箱子”组成,“大箱子”内部装着很多精密的设备,每台设备都凝聚着科研人员的智慧和心血。阵列建设过程中他们遇到哪些技术挑战?团队年轻人为什么冲劲儿十足?国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”是全球灵敏度最高的超高能伽马望远镜,位于四川省稻城县海子山,平均海拔4410米,占地面积1.36平方千米。LHAASO运行一年即发现最高能伽马光子,达1.4拍(拍=千万亿)电子伏;发现一批亚拍电子伏以上银河系伽马源,其加速能力突破传统认知,开启了
2022年7月19日
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是什么将中国物理学家推到了最前沿? | 文末赠书
12:00,点赞区排名前三名的朋友将获赠【世界图书出版公司北京公司】提供的《水星》一本(格式不符合要求的视为无效留言)。为保证更多参与度,前几期获奖的朋友不再获得奖品,名次依次顺延。本期问题:就
2022年6月14日
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世纪之交物理界的“两朵乌云” | 粒子物理云课堂
粒子物理学界重大发现不断,19世纪末20世纪初,粒子物理学又面临哪些情况?19世纪末的物理学真的只剩下“两朵乌云”了吗?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?第四课:古人是如何认识电现象的?第五课:让电子不再“堵车”的神奇技术第六课:“阴极射线”时代风云录第七课:三强争霸
2022年6月3日
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教科书里没讲的大师故事 | 粒子物理云课堂
19世纪末,年轻一代科学家登场,卢瑟福、居里夫妇这些从小听到大的科学家研究的究竟是什么?有哪些趣事是课本上没教过的?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?第四课:古人是如何认识电现象的?第五课:让电子不再“堵车”的神奇技术第六课:“阴极射线”时代风云录第七课:三强争霸
2022年5月27日
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三强争霸 谁发现了电子? | 粒子物理云课堂
阴极射线的重大发现一个接着一个,发现电子的时机已成熟,三位物理学家对电子的发现做出了重要贡献,为什么只有他发现了电子,这背后有怎样的故事?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?第四课:古人是如何认识电现象的?第五课:让电子不再“堵车”的神奇技术第六课:“阴极射线”时代风云录张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年5月20日
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能玩上最新的游戏,还要感谢黑洞科学家?
sphere)。对于不自旋的施瓦西黑洞而言,它们的ISCO半径是事件视界半径的3倍,而光球半径则为1.5倍。二者的根本差异在于光子的静止质量为0。
2022年5月17日
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一封珍藏的信件 | 我与散裂
他三次出国又三次回到祖国的怀抱“两弹一星”元勋的一封信件让他珍藏至今“为祖国服务”信上的几个赫然大字让他始终铭刻在心新一期《我与散裂》听听我国粒子加速器专家傅世年研究员的故事中国散裂中子源是我国首台、世界第四台脉冲式散裂中子源,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列,通过自主创新和集成创新,设备国产化率超过90%。装置运行以来,围绕“四个面向”,在新型能源材料、斯格明子拓扑磁性、自旋霍尔磁性薄膜、高强合金纳米相、航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等领域取得一批重要成果,为我国材料科学技术、物理、化学化工、生命科学、资源环境、新能源等领域的国家战略需求和前沿科学研究提供了先进的大型交叉平台。《我和大科学工程》系列微视频无故事,不人生。参与大科学工程建设的科技工作者们,每个人都有自己的故事。他们的“小”故事,让“大”工程有了温度。《我和大科学工程》系列微视频,带你了解大科学工程背后普通科技工作者的酸甜苦辣。他们矢志科技报国,用实际行动践行着对创新的使命与担当的奉献。【往期回顾】1、我与中国散裂中子源2、大科学装置的攻坚者们
2022年5月16日
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“阴极射线”时代风云录 | 粒子物理云课堂
盖斯勒管和盖斯勒泵的发明让真空技术得到了跨越式发展,这给物理学家进一步研究电子和阴极射线提供了重要的技术基础,之后,“诸侯”并起,铸就了一个“阴极射线”时代,在此期间,科学家们进行了哪些研究?又有哪些新发现?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?第四课:古人是如何认识电现象的?第五课:让电子不再“堵车”的神奇技术张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年5月13日
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让电子不再“堵车”的神奇技术 | 粒子物理云课堂
发现电子只是个开始,人们探索和利用它的脚步从未停息,为了解救被“堵车”拖累的电子,一种停滞了200年的技术得到了飞速发展,技术“内卷”的生产力到底有多惊人呢?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?第四课:古人是如何认识电现象的?张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年5月6日
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2.5个水立方大小,我们在海子山上建伽马射线巡天装置 | 我与拉索
俯瞰高海拔宇宙线观测站(LHAASO,拉索),最醒目的就是中间“品”字形方块——水切伦科夫探测器阵列,这个阵列由一支平均年龄37岁的青年科学家团队建设完成,他们在建设过程中面临的最大挑战是没有经验可循。总面积7万8千平米,约2.5个水立方大小的探测器阵列,是之前预研的300多倍,他们是如何完成这项任务的?国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”是全球灵敏度最高的超高能伽马望远镜,位于四川省稻城县海子山,平均海拔4410米,占地面积1.36平方千米。LHAASO运行一年即发现最高能伽马光子,达1.4拍(拍=千万亿)电子伏;发现一批亚拍电子伏以上银河系伽马源,其加速能力突破传统认知,开启了
2022年5月5日
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排队做核酸,为什么我的队伍总是最慢?来算一下还要排多久
每次在做核酸的时候,看着前面长长的队伍,我都在想,什么时候才能排到我呢?为什么我排的队总是比别人慢呢?到底什么时候下楼排队,才是最好的呢?图源:med.china.com.cn其实,核酸排队也是一门学问。如果排队的人太多而核酸检测点太少,则大家排队会等太久,如果为了大家不排队而增加大量核酸检测点,则浪费了医疗资源。那么怎样减少排队时间、优化服务资源投入?数学家早就研究过了,并由此发展出了运筹学的一个分支——排队论。排队论起源于1909年,丹麦数学家、电气工程师埃尔朗最早用概率论方法研究哥本哈根市电话局的电话占线问题,那时急需解决一个重要难题:电话公司应该设置多少台交换机、雇佣多少接线员?埃尔朗用数学语言描述了随机打电话的人和随机通话的时间,能够解答任意数量接线员和接线机问题。他在1909年发表“概率论与电话会话”论文被公认为排队论的开山之作。除了做核酸,我们日常生活中经常遇到的现象,如到商店购买东西、到医院看病、十字路口堵车,都是排队问题。类似于电话占线、机器故障维修、乃至于牛奶供应配送等,都是无形的排队。那么数学家对排队问题研究出了什么呢?基本概念首先是排队论的基本模型。非常简单,就是顾客到达服务台接受服务,有人的话就排队,排到就接受服务,接受好服务就离开。这是排队论最基本的模型描述。核酸排队的基本模型,就是居民来到核酸检测点排队,排到就进行核酸检测,做完就离开。作者自制图一般的排队过程都由输入过程、排队规则、服务过程三部分组成、输入过程是指顾客到来时间的规律性。对于核酸检测来说,可以看作居民是无限的,独立、均匀、随机地到来。此处所谓“无限”,是指核酸检测容量是无限的,即道理上可以无限排队下去,而不是指人数本身是无限的。与之相对“有限”的概念,可以看做停车场车位是有限的,排队来停车,能排到就停,排不到就要开走。“无限”和“有限”是两种不同的模式。作者自制图排队规则指到达排队系统的顾客按怎样的规则排队等待。可分为损失制,等待制和混合制三种。核酸检测显然是等待制。作者自制图服务过程主要包括服务机构和服务规则两部分。服务机构放在核酸检测这件事来说,就是可以有1组或多组大白在同时检测,多组检测又存在并联或者串联的形式。相信对于不同小区来说,会是不同的服务模式。作者自制图等待制的服务规则有先到先服务、先到后服务、优先服务和随机服务几种模式。通常排队论研究的都是先到先服务模式,核酸检测也明显是先到先服务模式。最后,我们要假设服务是随机且均匀平稳的。这样的分析才有意义,比如大白在中午去吃饭了,这时候研究怎么排队是没什么意思的。哪些因素会影响排队模型的分类?D.G.Kendall(1953)提出对排队模型分类方法影响最大的特征有三个:X:相继顾客到达间隔的时间分布Y:服务时间的分布Z:服务台的个数根据这3个特征,排队模型的Kendall记号为:X/Y/Z。后来在1971年国际排队符号标准会上将Kendall分类记号扩充到六项,记为X/Y/Z/A/B/C,表示:输入分布/输出分布/并联的服务台数/系统容量(队长)/系统状态(顾客有限或无限)/服务规则。核酸排队问题的求解求解排队问题的目的,是研究排队系统运行的效率、估计服务质量、确定系统参数的最优值,以决定系统结构是否合理、研究设计改进措施等。因此必须确定用以判断系统运行优劣的基本数量指标,也称为系统运行指标。核酸排队中,我们主要关注这些指标:作者自制图泊松分布如何能够准确描述核酸检测的排队状态呢?常用的描述排队状态的分布有泊松分布、确定型分布,指数分布和爱尔朗分布等。核酸检测居民到来的分布和检测点能够服务人员的分布都可以视为泊松分布。泊松分布生活中最常见的随机均匀的发生概率的描述就是泊松分布,由法国数学家西莫恩·德尼·泊松在1838年时发表,用来描述单位时间内随机事件发生的次数的概率分布。泊松分布图示
2022年5月1日
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有不需要电荷的电流?电流到底是什么?
首先回想下,我们学过的电流的定义是什么?很简单,导体中的带电粒子的定向运动就是电流。只有当物质内具有能自由移动的带电粒子,它才可以传输电流——即导电。这些参与导电的带电粒子称之为载流子。例如对金属来说,只有原子的外层电子才能充当载流子。电流定义中的“定向运动”往往被错误的理解,很多人以为是指方向确定的运动,当然不是!交流电路中的电子的运动方向不是变来变去嘛?其实,定向运动是相对于“无规运动”来说的!电子既然是微观粒子,它必定无时无刻不在做热运动,热运动是一种无规运动,如下图所示。这种运动其实很快。例如,常温下金属中,电子热运动的速度的数量级达每秒数百公里!仔细看这种无规运动,你会发现,任意时刻,各个粒子的运动方向是随机的。如果将这些粒子的速度矢量加起来,结果几乎为零。现在给导体加上一个电场,电子在无规运动基础上,叠加了一种定向运动。假设某段时间,电场向左,则电子的运动看起来是下面这样的,红色小球代表晶格上的金属原子,快速运动的小点代表自由电子。是不是看起来很快?那是因为电子运动确实很快!但实际上,这里面占比重很大的无规运动对电流并没有贡献,当把无规运动剔除之后,剩下的就像下面这个慢悠悠的样子。的确,比起热运动速度来说,电子的定向运动的速度慢多了。电子这种”磨洋工”般的运动被称之为drift,即“漂移”。有时候,电子也会往相反方向跑,那是因为受到原子的碰撞。但总体上,电子是往一个方向运动的。如果电场改变方向,则电子漂移的方向也将改变。所以,这种定向运动是指,某个时刻全体参与导电的电子的速度之和不为零,而是总体朝某个方向。这个方向可随时改变,那就是交流电的情形。所以,与其说电流是电荷的“定向运动”,还不如说电流是电荷的“集体运动”。导体中的电流的大小用电流强度表示。电流强度定义为:单位时间内通过导体横截面的电量,即
2022年4月29日
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古人是如何认识电现象的?| 粒子物理云课堂
从闪电到琥珀摩擦起电,人类研究电的历史可以追溯到古希腊。古人是如何认识电现象的?粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动第三课:物理教授也能“世袭”?张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年4月29日
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物理教授也能“世袭”?| 粒子物理云课堂
粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史第二课:一张黑纸引发的物理学轰动张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年4月22日
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那场旷世罕见之争令人震撼 | 文末赠书
B》发表的论文结语虽然各国研究团队之间的竞争激烈程度旷世罕见,但客观分析,各研究团队的发现是各自独立的。这也充分表明:各国研究团队的超导研究都已成功超越液氮温区(液氮沸点为77
2022年4月20日
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一张黑纸引发的物理学轰动 | 粒子物理云课堂
粒子物理云课堂微观世界神秘莫测,从亚原子粒子的发现,到“上帝粒子”神秘面纱的揭开,都离不来粒子物理学。这门学科研究组成物质世界的基本单元以及这些基本单元如何构成我们的世界,提升人类对微观物质和宏观宇宙的认知;这门学科带来的技术与我们息息相关,从WWW到核磁共振成像都离不开粒子物理学的发展。粒子物理学究竟研究哪些内容?中科院高能所副研究员、中国科学院大学青年教师张昊《书说粒子》,由浅入深带你了解这门学科及其背后的故事。第一课:“上帝粒子”背后的物理风云史张昊,中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年4月13日
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粒子物理学研究什么? W玻色子最新质量测量结果挑战标准模型?
粒子物理云课堂张昊中国科学院高能物理研究所副研究员,博士生导师,研究领域包括量子场论、粒子物理理论、希格斯物理、顶夸克物理、超出标准模型的新物理、对撞机唯象学以及粒子物理中的暗物质等。北京大学高能物理研究中心李政道青年学者。中国科学院大学岗位教师,教授本科生粒子物理学基础、研究生量子场论等课程,获中国科学院大学2020年校级“研究生优秀课程”。
2022年4月8日
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3.14:神奇的 π 日背后的神奇数学
不要错过温馨提示:微信公众号信息流改版,每个用户可以设置常读订阅号,这些订阅号将以大卡片的形式展示。因此,如果不想错过【中科院高能所】的文章,您可以进行以下操作:进入【中科院高能所】公众号
2022年3月14日
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那些伟大的发现,得益于比别人多想了一点点 | 文末赠书
K时成为超导体)。经不断改进实验条件,最终他证明了超导体隧道结中存在着隧道效应。贾埃弗的发现不仅使人们对隧道效应有了更深的理解,同时也是对BCS理论的重要验证与补充。贾埃弗的论文“Electron
2022年2月25日
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从无人区到“无人区” | 我与拉索
从原始无人区到建成能够成功接收外太空信号的大科学装置,他们只用了四年时间,这四年他们“灰头土脸”,却成就感满满。LHAASO项目提出后,他们面临的最大难题是什么?在“边建设边运行”的过程中,又是什么让他们出乎意料?从原始无人区到科研“无人区”,一起来听首席科学家曹臻研究员讲述LHAASO的故事。国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”是全球灵敏度最高的超高能伽马望远镜,位于四川省稻城县海子山,平均海拔4410米,占地面积1.36平方千米。LHAASO运行一年即发现最高能伽马光子,达1.4拍(拍=千万亿)电子伏;发现一批亚拍电子伏以上银河系伽马源,其加速能力突破传统认知,开启了
2022年2月15日
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来自天才大脑的那个设想 | 文末赠书
Tour)1822年曾在酒精实验中发现:在将酒精加热到某一温度时会突然全部变为气体。他意识到气液转变可能存在着一个“临界点”,只是他没能进一步解释这种现象。)托马斯·安德鲁斯(Thomas
2022年1月24日
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大科学装置的攻坚者们 | 我与散裂
大科学工程与其他工程有什么不一样?一个小小的设备,竟然要经历上千次反复实验?中国散裂中子源国产化率超过90%,背后是科技工作者们无悔的付出。中国散裂中子源是我国首台、世界第四台脉冲式散裂中子源,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列,通过自主创新和集成创新,设备国产化率超过90%。装置运行以来,围绕“四个面向”,在新型能源材料、斯格明子拓扑磁性、自旋霍尔磁性薄膜、高强合金纳米相、航空材料、可燃冰、页岩、催化剂等领域取得一批重要成果,为我国材料科学技术、物理、化学化工、生命科学、资源环境、新能源等领域的国家战略需求和前沿科学研究提供了先进的大型交叉平台。《我和大科学工程》系列微视频无故事,不人生。参与大科学工程建设的科技工作者们,每个人都有自己的故事。他们的“小”故事,让“大”工程有了温度。《我和大科学工程》系列微视频,带你了解大科学工程背后普通科技工作者的酸甜苦辣。他们矢志科技报国,用实际行动践行着对创新的使命与担当的奉献。【往期回顾】1、我与中国散裂中子源、资源温馨提示:微信公众号信息流改版,每个用户可以设置
2021年11月2日
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拿了诺奖后,他为何做“间谍”?
除维生素C以外,圣捷尔吉还带领团队发现了延胡索酸、生物类黄酮(曾被称为维生素P)的生物活性、C4二羧酸催化途径等多个细胞代谢中重要的化学反应,为日后三羧酸循环(TCA
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钞票上的物理学史——原子论的提出
王鹏西南民族大学计算机科学与工程学院原子是指不可再分的意思,在现代科学中指的是在化学反应中不可再分的粒子。严复将“莫能破”与西方的“原子”对应,简化为一个名词“莫破”。原子的概念诞生于古希腊对于世界本源的哲学思考。原子论的最早提出者是古希腊哲学家德谟克里特,他是在古希腊哲学家对世界本源的一场大竞猜中胜出的。德谟克里特和苏格拉底、柏拉图是同时代的哲学家,一般认为是留基伯和德谟克里特提出的原子论,但对于留基伯我们知之甚少。德谟克里特早年耗尽家产游历过埃及和巴比伦获得了渊博的知识,回到家乡却被认为是不好好工作只知游玩的纨绔子弟被送上法庭,从而面临被驱逐的命运,但他在法庭上宣读了自己的著作使人们认识到他的才华,结果不但没有被驱逐,城邦还给了他一笔钱,因此德谟克里特被称为是古希腊第一位百科全书式的学者。对于世界本源的探讨从古希腊公认的第一位哲学家和科学家米利都学派的创始人泰勒斯就开始了,泰勒斯认为“水生万物,万物复归于水”,世界的本源是由水构成的,在希腊七贤每人一句代表格言中,泰勒斯的格言是“水是最好的”。而泰勒斯自己的学生阿拉克西曼德则不同意其老师的观点,认为世界源于“无定”。随后对世界本源的认识成为了希腊哲学家思考的核心问题,毕达哥拉斯认为世界的本源是“数”,他认为万物皆数;赫拉克利特认为世界的本源是火;亚里士多德认为万物由四种元素土、气、水、火组成。对于世界本源的探讨一直吸引着古希腊的哲学家们,他们对于世界本源的认识并不是科学意义上的结论,他们的结论并不是来自于任何可靠的实验,而是哲学意义上的思辨结果,是对世界本源的一种主观猜想。在这次大竞猜中德谟克里特的结论与现代对物质本源的认识最为接近,因此他被认为是现代原子论的鼻祖。德谟克里特认为世界是由一种不能被分割的原子构成,原子之外是完全的虚空,原子在不断运动中,原子相互组合成为了各种物质。原子起初是自然哲学中的概念,西方对于原子的称呼来自于古希腊语的ατομος(意为“不可分割的”)。而中文中,原子早前的译名“莫破”也来源于此。自然哲学中的原子论在许多文化中都有记述,中国的墨子曾提出物质分割到一定程度就不能再分割下去了。德谟克里特这一观点在牛顿时代都未能被超越,牛顿对于原子认识几乎就是德谟克里特翻版,牛顿认为物质是由实心、有质量、坚硬、不可穿透、可运动的粒子组成。1955年希腊发行的20德拉克马正面为德谟克里特,德谟克里特是世界上现有已发行纸币上出现的科学家形象年代最早的一位(如图1)。这张纸币的背面为19世纪下半叶德国画家费尔巴哈的作品《柏拉图之会饮篇》,该画作的内容是柏拉图的对话著作《会饮篇》中所描述的场景,这篇对话所描写的是悲剧家阿伽松为了庆祝自己的剧本获奖,邀请了几位朋友到家中会饮、交谈。参加者有修辞学家斐德罗、喜剧家阿里斯托芬、哲学家苏格拉底等人。画面的正中为宴会主人阿伽松,阿伽松端着酒杯,头带月桂树叶花环,举止典雅,他正在欢迎客人亚西比德(Alcibiades,古雅典将军、政治家,苏格拉底的死党),已喝醉的亚西比德正被搀扶着走下台阶,右侧桌子旁是苏格拉底正在和他人交谈。图1
2021年8月18日
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我们人类会迎来“技术爆炸”吗?
超越假说|超越费米悖论1950年,意大利裔美国物理学家恩里科·费米与他的一些同事在洛斯阿拉莫斯国家实验室共进午餐,因为曼哈顿计划他在那里工作了五年.根据各种说法,当话题转向外星人和最近接二连三报道的不明飞行物.费米抛出了一个将载入史册的问题:"外星人它们都在哪里?"费米悖论指的是外星智慧生命(extraterrestrial
2021年8月9日
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美丽的星空,如果只是一个精致的天文馆……
天文馆假说|超越费米悖论费米悖论来源于恩里科·费米在基于宇宙漫长年龄和庞大的星体数量的基本假设,经过一系列的计算后发现——地外文明存在性的过高估计与缺少地外文明存在的相关证据相矛盾,于是在1950年夏天的某个午餐的闲谈中提出了"外星人它们都在哪里?"的著名问题。简单来说,费米悖论指的是外星智慧生命(extraterrestrial
2021年6月15日