天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘 科大物理系刘教授团队提出的突破性概念，可让地球磁层中的单个天文望远镜成为全球变暖信号的探测器。资料来源：香港科技大学在香港科技大学物理系副教授刘涛教授的领导下，研究小组的创新方法可以利用行星磁层中现有的、技术上可行的天文望远镜成功探测高频引力波。这将为以有效和技术可行的方式研究早期宇宙和剧烈宇宙事件开辟新的可能性。引力波（GW）由各种天文现象产生，如早期宇宙的相变和原始黑洞的碰撞。然而，引力波的影响极其微弱，目前只能通过干涉测量法在相对较低的频段发现引力波。因此，利用全球升温潜能值观测宇宙面临着巨大的技术挑战，特别是在探测一千赫以上的高频段时，干涉测量法的使用受到很大限制。为了解决这一难题，刘涛教授和他的博士后研究员张晨博士与中国科学院高能物理研究所的任静研究员合作，在最近的研究中取得了重大突破。这项研究利用了一个有趣的物理效应：驻留在磁场中的全球瓦可以转化为潜在的可探测电磁波。通过利用行星磁层内的延伸路径，转换效率得以提高，从而产生更多的电磁波信号。对于具有宽视场的望远镜来说，由于这种行星实验室内的信号通量具有广阔的角度分布，因此探测能力可以得到进一步提高。这种创新方法可使单个天文望远镜充当全球变暖信号的探测器。通过组合多个望远镜，可以实现高频全球变暖频率的广泛覆盖，从兆赫兹到1028赫兹不等。这一频率范围相当于天文观测中使用的电磁波谱，其中有很大一部分是以前在探测 GW 时从未探索过的。这项研究对低地球轨道卫星探测器和木星磁层内正在进行的任务的灵敏度进行了初步评估。这项研究发表在今年 3 月的《物理评论快报》上，随后，《自然- 天文学》在 5 月发表了一篇题为"行星大小的实验室提供了宇宙学见解"的文章，重点介绍了这项研究。这强调了这项研究在为未来新型全球变暖探测技术研究铺平道路方面的重要意义。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131402DOI: 10.1038/s41550-024-02285-w ... PC版： 手机版：

在AI帮助下 天体物理学家揭开重元素的宇宙起源

在AI帮助下 天体物理学家揭开重元素的宇宙起源 理论物理学家马修-芒鲍尔（Matthew Mumpower）说："自然界中可能存在成千上万个尚未测量的原子核。机器学习算法非常强大，因为它们可以在数据中发现复杂的相关性，而理论核物理模型却很难有效地产生这种结果。这些相关性可以为科学家提供有关'缺失物理'的信息，反过来又可以用来加强原子质量的现代核模型。"模拟快速中子俘获过程最近，Mumpower 和他的同事（包括前洛斯阿拉莫斯暑期学生李梦柯和博士后 Trevor Sprouse）在《物理快报 B》上发表了一篇论文，描述了用基于物理学的机器学习质量模型模拟一个重要的天体物理过程。r过程，即快速中子捕获过程，是发生在极端环境中的天体物理过程，如中子星碰撞产生的环境。重元素可能来自这种"核合成"。事实上，宇宙中一半的重同位素直至铋以及所有的钍和铀都可能是由这种"核合成"过程产生的。洛斯阿拉莫斯模拟的两颗中子星碰撞后的吸积盘。这一事件同时产生了轻元素（蓝色）和重元素（红色）。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室然而，对这一过程进行建模需要对原子质量进行理论预测，而目前的实验还无法达到这一要求。研究小组采用物理信息机器学习方法，从原子质量评估（Atomic Mass Evaluation）这一大型质量数据库中随机选择，训练出一个模型。接下来，研究人员利用这些预测的质量来模拟 r 过程。该模型使研究小组首次利用机器学习预测的质量模拟了r过程的核合成这是一项重大创举，因为机器学习预测通常会在外推时崩溃。Mumpower说："我们已经证明，机器学习原子质量可以为我们在实验数据之外的预测打开大门。关键的一点是，我们告诉模型要遵守物理定律。通过这样做，我们就能进行基于物理学的推断。我们的结果与当代理论模型不相上下，甚至更胜一筹，并且可以在获得新数据时立即更新。"研究核结构r过程模拟是研究团队将机器学习应用于核结构相关研究的补充。在最近发表在《物理评论 C》上的一篇被选为"编辑建议"的文章中，研究小组利用机器学习算法重现了具有量化不确定性的核结合能；也就是说，他们能够确定将原子核分离成质子和中子所需的能量，以及每个预测的相关误差条。因此，该算法提供的信息需要大量的计算时间和资源才能从当前的核建模中获得。在相关工作中，研究小组利用他们的机器学习模型将精确的实验数据与理论知识结合起来。这些结果激发了新的稀有同位素束设施的一些首批实验活动，该设施旨在扩大核图的已知区域并揭示重元素的起源。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

提出“上帝粒子”存在 诺贝尔物理学奖得主希格斯去世

提出“上帝粒子”存在 诺贝尔物理学奖得主希格斯去世 英国媒体报道，成功预测“上帝粒子”希格斯玻色子存在的诺贝尔物理学奖得主彼得·希格斯（Peter Higgs）日前去世，享年94岁。 综合报道，英国爱丁堡大学在星期三（4月10日）发表的讣告中说，该大学荣誉退休教授希格斯在短暂患病后于星期一（8日）在家中安详离世。 爱丁堡大学校长马西森说，希格斯的远见和想象力丰富了我们对世界的认知。他的开创性工作激励了成千上万的科学家，他的科学遗产将继续激励一代又一代的后来人。 1964年，希格斯提出一种粒子场的存在，预言一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子的存在，即希格斯玻色子（Higgs boson）。 多年后，欧洲核子研究中心于2012年宣布，在位于瑞士和法国边境地下27公里长的隧道中，利用耗资100亿美元建造的粒子加速器发现了“希格斯玻色子”。这成为几十年来物理学领域最重要的突破之一。 希格斯的工作帮助解开了一个宇宙最基本的谜团：大爆炸如何在137亿年前“无中生有”创造出物质。由于这个粒子有助于解释宇宙在大爆炸后物质如何形成，又被称为“上帝粒子”。 2013年，希格斯和一名比利时物理学家恩格勒特（Francois Englert）共同荣获当年的诺贝尔物理学奖。当时，希格斯通过爱丁堡大学发表声明说，希望他的获奖能让人们更加重视那些“看似没有什么实际价值”的基础研究。 2024年4月10日 11:09 PM

物理学家们提出了一种测量粒子隧穿时间的新方法

物理学家们提出了一种测量粒子隧穿时间的新方法 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 在经典物理学中，有一些硬性规定是无法规避的。例如，如果一个滚动的小球没有足够的能量，它就无法越过一座山，而是会在到达山顶之前掉头，并逆转方向。在量子物理学中，这一原则并不那么严格：粒子即使没有足够的能量越过障碍，也可以通过障碍。它就像在隧道中滑动一样，因此这种现象也被称为"量子隧道"。这种听起来神奇的现象在技术上有着切实的应用，例如在闪存驱动器中。过去，粒子以比光还快的速度通过隧道的实验曾引起过一些关注。毕竟，爱因斯坦的相对论不认可比光速更快的速度。因此，问题是在这些实验中，隧穿所需的时间是否被正确地"停止"了。来自达姆施塔特工业大学的物理学家帕特里克-沙赫（Patrik Schach）和恩诺-吉塞（Enno Giese）采用了一种新方法来定义隧道粒子的"时间"。他们现在提出了一种测量这种时间的新方法。在他们的实验中，他们采用了一种他们认为更适合隧穿量子性质的方法来测量时间。他们在著名的《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的实验设计。波粒二象性与量子隧道根据量子物理学，原子或光粒子等小粒子具有双重性质。根据实验的不同，它们的行为既像粒子，也像波。量子隧道突出了粒子的波特性。一个"波包"向障碍物滚动，就像一股水流。波的高度表示如果测量粒子的位置，粒子在该位置实现的概率。如果波包撞上能量屏障，部分波包会被反射。然而，一小部分会穿透屏障，粒子出现在屏障另一侧的概率很小。重新评估隧道挖掘速度以前的实验观察到，光粒子在隧道中的移动距离比自由路径的光粒子要长。因此，它的传播速度要比光快。然而，研究人员必须确定粒子通过后的位置。他们选择了粒子波包的最高点。但粒子并不遵循经典意义上的路径，由于不可能准确说出粒子在某个特定时间的具体位置。因此，很难说出从 A 到 B 所需的时间。沙赫和吉塞则以爱因斯坦的一句话为指导："时间就是你从时钟上读到的东西"，他们建议使用隧道粒子本身作为时钟。第二个不隧穿的粒子作为参照物。通过比较这两个天然时钟，就可以确定量子隧穿过程中时间的流逝是较慢、较快还是同样快。粒子的波特性为这一方法提供了便利。波的振荡类似于时钟的振荡。具体来说，沙赫和吉塞提议使用原子作为时钟。原子的能级以一定频率振荡。用激光脉冲照射原子后，原子的能级开始同步振荡原子钟开始工作。然而，在隧穿过程中，节奏会发生轻微变化。第二个激光脉冲会导致原子的两个内波发生干涉。通过检测这种干涉，可以测量出两个能级波之间的距离，进而精确测量出时间的流逝。第二个原子不会隧穿，它是测量隧穿与非隧穿之间时间差的参照物。两位物理学家的计算表明，隧穿粒子的时间会稍有延迟。帕特里克-沙赫说："进入隧道的时钟比另一个时钟稍早一些。这似乎与将超光速归因于隧道效应的实验相矛盾。"原则上，利用当今的技术就可以进行这项测试，但这对实验人员来说是一项重大挑战。这是因为需要测量的时间差只有 10-26秒左右，时间极短。物理学家解释说，使用原子云而不是单个原子作为时钟是有帮助的。此外，还可以通过人为提高时钟频率等方法来放大这种效应。吉塞补充说："我们目前正在与实验同事讨论这一想法，并与项目合作伙伴保持联系。很有可能很快就会有一个团队决定开展这项激动人心的实验。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1126/sciadv.adl6078 ... PC版： 手机版：

来自古老地外陨石的稀有尘埃粒子正挑战天体物理模型

来自古老地外陨石的稀有尘埃粒子正挑战天体物理模型 研究人员从ALH 77307中发现了一种地外陨石，其25Mg同位素组成是迄今为止在硅酸盐中测得的最高值（δ25Mg= 3025.1‰ ± 38.3‰）。它的同位素组成对目前的恒星模型提出了挑战，镁、硅和氧的模型显示与超新星（SN）中的形成最为接近，在超新星前阶段发生了氢摄取。原始天体材料中的前极粒保留了整个恒星演化过程和环境变化的记录。然而，由于前极性硅酸盐的平均粒度（150纳米）、对萃取剂的敏感性以及仪器限制等原因，研究这些记录具有一定的挑战性。研究人员首次对来自氢燃烧SN的前极硅酸盐进行了详细的地球化学研究，研究以三维的方式进行，没有对分析体积造成任何影响，而且空间分辨率达到了前所未有的水平（<1 nm），这对于约束最近提出的恒星环境中发生的物理和化学过程至关重要。根据研究结果推断：(i) 在冷凝过程中的压力和温度条件下，地外陨石晶格兼容的重元素是在一个贫乏的环境中冷凝；或 (ii) 在前SN阶段接近尾声时的有限混合期间，或在坍缩过程中，不同气体成分的局部区域迅速形成。原子探针层析成像技术是一种将样品分解为原子结构并进行三维重建的仪器，可以精确地获得样品中每个原子的 x、y、z 坐标。它可以测量元素周期表中除惰性气体之外的所有离子，空间分辨率为亚纳米级，探测极限为 10 ppm。该仪器是该领域的新产品，Nevill 博士是首批将其用于行星科学的人员之一。对氢燃烧超新星形成的粒子进行原子探测分析。这张三维"原子地图"显示了在样本中探测到的两种镁同位素，粒子中的硅原子和氧原子显示为较小的球体。这项工作依赖于原子探测器对镁的单个同位素进行计数的能力，从而可以测量同位素比。图片来源：科廷大学地球科学原子探针设施 David SaxeyNevill博士解释说："结果简直出乎意料，因为这是迄今为止在前olar硅酸盐晶粒中发现的最高镁异常。这些结果对当前的天体物理模型提出了挑战，表明在我们尚未完全了解的恒星环境中正在发生一些过程。"这种极端的镁元素异常目前只能用最近发现的一种恒星氢燃烧超新星来解释。作为首次对来自氢燃烧超新星的前极粒进行的已知详细化学研究，该结果揭开了人们对氢燃烧超新星及其演化条件的新认识。此外，这一重大发现标志着首次使用原子探针断层扫描技术对太阳系前硅酸盐进行研究，这是地球化学和地质年代研究中空间分辨率最高的技术。原子探针扩大了每个前极晶粒体积可测量同位素的范围，达到了帮助我们了解这些恒星如何形成所必需的新的详细程度。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

黑洞如何发射喷流？黑洞是宇宙中最神秘的物体，它的引力极其强大，连光也无法从中逃逸。但这些巨行星通过提供天体物理喷流，又为宇宙带来

黑洞如何发射喷流？ 黑洞是宇宙中最神秘的物体，它的引力极其强大，连光也无法从中逃逸。但这些巨行星通过提供天体物理喷流，又为宇宙带来了源源不断的能量。因此，为什么有喷流物能从黑洞边缘发射出来？成为宇宙中最大的谜团。 2019年，事件视界望远镜（EHT）发布了第二张黑洞照片，帮助天文学家更深入地了解天体物理喷流的内部工作原理。照片中的光环有条纹，表明光是偏振光。黑洞旋转时会吸进带电粒子，这些粒子会产生磁场并在黑洞的作用下被扭曲成一个紧密的螺旋线，这种扭曲将产生一种电压，从黑洞中向两个方向流出，并在扭曲的磁场推动下加速，同时向太空中喷射出数千光年的能量，黑洞喷流也由此成为宇宙的巨大发电厂，本期视频就带你领略它的独特魅力。 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot