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物理學在“看不見的世界”前行

來源:不詳       更新時間:2013-1-3 11:32:28
 

 

    有時,結果之所以重要,并不一定因為它代表著事件的完結,物理學就是如此。物理學是自然科學中最為基礎的學科之一,物理學家會提出試圖表述大自然現象與規律的物理理論。而一個嶄新研究結果的誕生,必將改變人類對世界的認識。
  
  盤點2012年的物理學,無論是粒子研究的突破、材料研究的“跨界”還是描述宇宙黑洞的模樣,都是物理學家在普通人“看不見的世界”中與科學研究的那些“糾纏”。
  
  高能物理:揭開粒子世界的神秘面紗
  
  2012年3月8日,大亞灣中微子實驗國際合作組發言人王貽芳在北京宣布,大亞灣中微子實驗發現了一種新的中微子振蕩,并測量到其振蕩幾率。物理學家測量出中微子以近乎光速的速度進行變幻莫測的相互轉換過程中的最后一個參數。有物理學家評論說,這也許是中國實驗物理學的最大成就。
  
  2003年,中科院高能物理所科研人員提出了一個設想,利用我國大亞灣核反應堆群產生的大量中微子,來尋找中微子的第三種振蕩。中科院院士、中國高能物理學會理事長趙光達表示,“如果這個數值足夠大,我們就能進行下一代實驗來測量中微子振蕩中的宇稱和電荷對稱性破壞,以理解宇宙中物質—反物質不對稱現象,即宇宙中"反物質消失之謎"。否則我們就不知道如何進行下一代實驗”。
  
  而研究結果表明,在未來的數十年里,中微子物理學將會像每一位物理學家所預想的那樣,變得復雜起來。甚至對于解答類似“包含了如此多物質與如此少反物質的宇宙是如何演變的”這種問題,中微子都有可能提供幫助。
  
  2012年12月20日,美國《科學》雜志公布了2012年全球科學領域獲得的十大突破,中國科學家發現中微子第三種振蕩榜上有名。《科學》指出,中微子實驗國際合作組發現了中微子的第三種振蕩,并測量到了它的振蕩幾率,這是全世界高能物理學家十幾年來做夢都想精確測量的值。
  
  這一重要成果對于最終揭開宇宙起源和演化之謎有著重大意義。這本全球著名的刊物還認為,如果物理學家無法發現超越希格斯玻色子的新粒子,那么中微子物理就可能會代表粒子物理學的未來。
  
  另一個讓全世界科學家為之興奮的實驗,就是探測到希格斯玻色子。
  
  2012年7月4日,當歐洲核子研究組織宣布發現一種與“上帝粒子”一致的亞原子粒子時,希格斯表示“難以置信”。
  
  “這是里程碑式的研究成果,新粒子的發現對探索微觀世界是一個很大的進步。”中國科學院高能物理研究所研究員陳國明表示。
  
  對于未來高能物理學的走勢,中科院院士何祚庥在接受《中國科學報》采訪時表示,高能物理學將逐步向真空進軍。真空既屬于粒子物理學,也屬于高能物理學。所有量子場論的基態都是“真空”。所有“粒子”都是真空“場”的量子激發。目前,真空不“空”已經是當代物理學家們的共識,向真空進軍將成為高能物理學的趨勢和導向。
  
  材料物理:金屬和絕緣體的“跨界”
  
  拓撲絕緣體是這幾年凝聚態物理學興起的熱點領域,其中涉及許多重要的物理現象和物理機制,同時有著廣闊的應用前景。比如,通過研究拓撲絕緣體中電子自旋的運動方式,就可以設法控制和識別電子的自旋。
  
  拓撲絕緣體是一種具有奇異量子特性的新物質狀態,為近年來物理學的重要科學熱點及前沿之一。它完全不同于傳統意義上的“金屬”和“絕緣體”,它是一種內部絕緣、界面允許電荷移動的材料。
  
  換句話說,拓撲絕緣體的體電子態是有能隙的絕緣體,而其表面則是無能隙的金屬態。由于其特殊的物理性質,研究拓撲絕緣體對理解凝聚態物質和基本物理,都有著重要意義。
  
  拓撲絕緣體的概念是由華人科學家祁曉亮和張守晟提出的,而關于拓撲絕緣體的研究,不少中國科學家和華人科學家更是站在了世界最前沿,相信他們的研究會為許多物理學基本問題的深入認識帶來更多機會。
  
  2012年3月,上海交大物理系賈金鋒、錢冬研究組

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