计算模型Vlasiator揭开神秘面纱 对空间物理学核心谜题的解答

计算模型Vlasiator揭开神秘面纱对空间物理学核心谜题的解答近地空间的等离子体爆发。赫尔辛基大学的Vlasiator模型证明，磁性重联和动力学不稳定性都是近地空间等离子体爆发的原因，为空间研究和技术提供了重要启示。图片来源：JaniNärhi近地空间的等离子体爆发是如何形成的？赫尔辛基大学设计的用于模拟近地空间的模型Vlasiator证明，关于爆发发生的两个核心理论同时有效：磁重联和动能不稳定性都可以解释爆发。等离子体或快速等离子体喷发发生在磁层的夜侧。等离子体爆发也与极光突然变亮有关。赫尔辛基大学的空间物理学研究小组利用Vlasiator模型，研究并模拟了这些难以预测的近地空间爆发现象。赫尔辛基大学计算空间物理学教授米娜-帕尔姆罗斯（MinnaPalmroth）说："与等离子体相关的现象会造成最强烈但最难以预测的磁场干扰，例如会造成电网干扰。这些爆发每天都会在磁层的'尾部'发生，规模大小不一。"最近被授予哥白尼奖章的帕姆洛特也是可持续太空卓越研究中心的主任，同时也是Vlasiator模拟的主要研究者。帕姆罗斯说："导致等离子体的一系列事件是空间物理学中存在时间最长的悬而未决问题之一：自20世纪60年代以来，人们一直在寻找解决方案。为了解释事件的过程，人们提出了两种相互竞争的思路，第一种思路认为，磁重联将磁尾的一部分分离成了质点。另一种解释认为，动能不稳定性破坏了维持磁尾的电流片（宽而薄的电流分布），最终导致质点弹射。关于这两种现象的主要性的争论已经持续了几十年。"现在看来，因果关系实际上比以前理解的更为复杂。Vlasiator模拟需要一台超级计算机的处理能力，它首次以六维方式模拟了近地空间，其规模相当于磁层的大小。6维建模成功地描述了两种范式所依据的物理现象。帕姆罗斯说："这是一项艰巨的技术挑战，没有人能够建立模型。这一成就的背后是10多年的软件开发。因此，这项研究能够证明磁重联和动力学不稳定性都能解释磁尾的功能。与这些看似矛盾的理论相关的现象实际上同时发生。"这一发现有助于理解等离子体爆发是如何发生的。这有助于设计航天器和设备，观测这些事件以开展进一步研究，并通过增进对近地空间的了解来提高空间天气的可预测性。这些发现最近发表在著名期刊《自然地球科学》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378849.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378849.htm

物理学视频（天体物理、量子物理）

资源名称：物理学视频（天体物理、量子物理）描述：宇宙有多大？时间有开始和末日吗？地球之外还有生命吗？什么是暗物质和暗能量......《认识宇宙》将以通俗易懂的方式，使你用不多的时间就可以了解人类探索宇宙的历史进程。本课程面向大众，试图沿着《身边的化学》，多角度将各学科专业的《化学大渗透》，贯穿于"衣、食、住、行、生、老、病、死"的全过程。结合社会热点，尝试《从化学的角度看世界》，展示《魅力化学》，体会《化学的神奇》和《化学的魔力》，实现《化学超入门》。链接:1.量子物理系列教程由北大物理学院程檀生讲授，共58讲。链接：https://www.aliyundrive.com/s/1rKt3sYprGy2.天体物理系列教程由中国科学技术大学讲授，共21讲。链接：https://www.aliyundrive.com/s/8SyuQe1Wvei

《量子物理学》 犯罪

量子物理学徐睿知 / 朴海秀

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域莱斯大学的物理学家已经证明，量子计算所高度追求的不可变拓扑态可以与某些材料中其他可操纵的量子态纠缠在一起。“我们发现令人惊讶的事情是，在一种特殊的晶格中，电子被困住，d原子轨道中电子的强耦合行为实际上就像一些重费米子的f轨道系统一样，”《科学进展》相关研究报告的作者说。这一意想不到的发现为凝聚态物理学的子领域之间架起了一座桥梁，这些子领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式产生“受保护的”、不可变的状态，可用于量子计算和自旋电子学。在强关联材料中，数十亿个电子的纠缠会产生非常规超导性和量子自旋液体中持续磁涨落等行为。在这项研究中，斯奇苗和合著者胡浩宇（他的研究小组的前研究生）建立并测试了一个量子模型，以探索“受挫”晶格排列中的电子耦合，就像在具有“平带”特征的金属和半金属中发现的电子耦合，表明电子被卡住并且强相关效应被放大。斯奇苗是莱斯大学物理和天文学HarryC.和OlgaK.Wiess教授，也是莱斯大学量子材料中心主任。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学这项研究是斯奇苗持续努力的一部分，他于7月获得了美国国防部著名的万尼瓦尔·布什教员奖学金，以验证控制物质拓扑状态的理论框架。在这项研究中，斯奇苗和胡浩宇表明，来自d原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。研究还表明，分子轨道中的电子可能与其他受挫电子纠缠在一起，产生强相关效应，这对于多年来研究重费米子材料的Si来说非常熟悉。“这些完全是d电子系统，”斯奇苗说。“在d电子世界中，就像有一条多车道的高速公路。在f电子世界中，您可以认为电子在两层中移动。一种就像d电子高速公路，另一种就像土路，移动速度非常慢。”Si表示，f电子系统拥有非常清晰的强相关物理例子，但它们并不适合日常使用。“这条土路距离高速公路太远了，”他说。“高速公路的影响非常小，这意味着微小的能量尺度和非常低的物理温度。这意味着需要达到10开尔文左右的温度才能看到耦合的效果。在d电子世界中情况并非如此。在多车道高速公路上，事物之间的耦合非常有效。”即使频带平坦，耦合效率仍然存在。斯将其比作高速公路的一条车道变得像f电子土路一样低效且缓慢。“即使它已经变成了土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自d轨道，”斯说。“它实际上是一条土路，但它的耦合性更强，这转化为更高温度下的物理现象。这意味着我可以拥有所有基于f电子的精致物理学，为此我拥有明确定义的模型和多年研究的大量直觉，但我不必达到10开尔文，而是可以工作例如，200开尔文，甚至可能是300开尔文，或室温。因此，从功能角度来看，它非常有前途。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389679.htm