《中国科学报》:寻找空间粒子加速的推手多位世界一流物理学家云聚清华谈基础物理学未来发展

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克日,在多项国度自然科学基金项目及科技部“ 973 ”计划资助下,澳门新葡新京平台空间物理课题组与美国阿拉巴马大学空间等离子体研究中心研究职员互助,初次观察到太阳四周磁岛并合的物理過逞和有关的高能电子射电信号,为太阳耀斑和日冕物质抛射( CME )中磁岛并合過逞可有用加速电子模型提供了观察依据。该研究相关论文已被美国《物理评述 X 》( Physical Review X, PRX )担当,将于近期发布。 磁场“短路” 日地空间中的高能电子可引起太阳辐射加强,如产生耀斑和射电发作,进而影响电离层的状态和依靠这些状态的通讯导航业务。高能电子也可以击毁卫星装备或造成各种损伤,甚至可穿透宇航服,威胁宇航员身材健康。 “磁场在太阳大气以致整个日地空间和太阳系中都饰演着举足轻重的角色。”澳门新葡新京平台(威海)空间科学与物理学院传授陈耀对《中国科学报》说,“对磁场重联中电子加速问题的研究既具有基本的科学意义,又具有实际应用价值。” 充足强的磁场可以或许控制此中等离子体的行为和分布。在太阳大气中,磁场能量常在各能量情势中占重要份额。差别能量情势之间可以相互转化,如磁能可转化为等离子体的能量。磁场重联( magnetic reconnection )就是一种可以实现这种能量转化的有用方法。它描述的是差别极性的磁力线挤靠在一起所发生的类似于电路短路的磁场“短路”或“泯没”的征象。“泯没”過逞将快速开释出磁场能量,转为粒子的热能和动能。 这样一个過逞引起了大概全部空间物理学家的关注。大家也急于熟悉和理解此中细节:如重联是怎样触发的,磁能的开释和转化是怎么发生的,所产生的高能粒子又是怎样被加速的等等。 在国度自然科学基金国外及港澳学者互助研究基金项目、国度自然科学基金!良好青年基金项目、国度自然科学基金面上项目等资助下,澳门新葡新京平台空间物理课题组与美国阿拉巴马大学空间等离子体研究中心研究!职员对日地空间中的高能粒子怎样加速问题进行了深入研究,并在一明日冕物质抛射事件中,发现三处磁场重联,同时观察到重联磁岛的并合征象和有关的高能电子信号。该发现对明白磁场重联過逞和高能电子的产生机理具有重要意义。 发现三处磁场重联 磁场重联中的电子加速机制可以分为两类,一是 X 型加速,一是 O 型加速。前者得名于电子重要是在 X 形重联点四周被感生电场加速的;后者指电子在 O 形磁岛内部,如拍打乒乓球时球被加速的過逞一样,电子在重联磁岛两头被磁岛紧缩反弹而加速。 近来的理论研究还发现,相近磁岛靠拢并融合的并合過逞(又称为反重联)可同时具有上述两种加速机制的特点。有科学家以为这很大概是各种重联电子加速机制中最重要和有用的。

2006 年后,研究职员使用 NASA ESA CLUSTER 等空间探测器,在地球磁层中发现了重联磁岛和与之有关的电子加速征象。这些发现受到了国际空间物理学界的重视,然而,活着界上还没有哪个研究组在空间中观察到磁岛并合過逞及其关联的高能电子。

2010 5 23 日发作的一明日冕物质抛射事件为空间物理学家们提供了一次罕见的在太阳四周研究磁岛并合与电子加速的时机。

用于观察日冕物质抛射三维形态的 STEREO 双子卫星拍摄到了整个過逞:日冕物质抛射发作后,在下方拉扯出一条很长的电流片——射线状布局,并观察到两个非常显着的磁岛,由于二者速率差别,背面的磁岛追上前者,后融为一体向外运动。 这是很典型的重联磁岛并合過逞。那么,这个過逞有没有电子加速呢? 高能电子本身虽然难以被飞船直接探知,但在等离子体中运动的高能电子可以引发射电信号,从而被飞船上搭载的射电频谱仪捕获到。 “由于这些射电信号的频率可以很好地反应等离子体的密度。”澳门新葡新京平台(威海)空间科学与物理学院博士宋红强对《中国科学报》说,“以是,根据这些信号我们也能对高能电子产生的高度做一些理解。反之,根据磁岛的高度和常用的太阳大气密度模型,也可以推测大概的辐射频率。” 果真, STEREO-A 在适当的时间、合适的频段上观察到了一个快速漂移的射电信号。这种漂移正是由高能电子阔别太阳的快速运动引起的。 在射电信号被捕获到之前,该研究小组观察到磁岛上方出现裂口,从而推测大概由于磁岛并合后运动加速而与上方磁场发生了重联。 “这使得高能电子可以从闭岛之中逃逸进入开场地区。一样平常以为,在开放场中运动的高能电子更轻易满意射电辐射的引发条件。”美国阿拉巴马大学空间等离子体研究中心传授李刚说,“在并合之前,第一个磁岛看上去发生了破裂,裂成‘花生’状布局。我们以为,这里也发生了一次重联:磁岛的拉长变形使此中部方向相反的磁场靠在一起而发生重联和破裂。这样,整个事件中至少有三处发生了磁场重联,这是很难得的。” 迟来的惊喜 该小组使用日冕磁绳数值模型所盘算出的日冕物质抛射過逞和尾随电流片布局上多个磁岛的产生和并合過逞,也与观察事件的总体形态和运动参数很好地吻合。而针对加速电子能量的估算表明:产生射电信号的高能电子重要是在磁岛并合過逞中得到加速的。 值得一提的是,这些演示的数值模仿工作是在数据分析之前就已经得到的。其时盘算程序历时数周才给出发作過逞的完备演化序列,但在得到结果时,该小组正忙于其他事务而未细致盘货。在发现观察事件之后,该小组决定重新查阅以往的盘算结果。 2011 8 11 日,他们惊奇地察觉,所发现的磁岛并合早已在模型之中盘算出来。 “令人难以置信的是,模型盘算结果的日期竟然是 2008 8 11 日,与我们决定重新查阅数值盘算的日期恰是同一天,只不外整整迟了 3 年。”陈耀说。 不足为奇,作为美国物理学会( APS )新公布的学术期刊,《物理评述 X 》承袭了《物理评述》系列刊物的一向宗旨,对文章的审稿過逞慎之又慎。杂志编辑先后为这篇文章约请了 13 位审稿人。 “前 11 位审稿人由于种种缘故未能评审,直到第 12 位和第 13 位审稿人才开始正式评审。”李刚说,“对编辑的严谨求实,字斟句酌的态度我们也深有领会。”
多位全球一流物理学家云聚清华谈底子物理学将来发展

清华新消息网2月25日电 (记者 李 含 )2月23日晚,“和全球一流物理学家对话: 希格斯粒子发现之后,底子物理学向何处发展”活动在威尼斯正规官网主楼后厅举行。八位全球闻名物理学家做客对话会,共同探究希格斯粒子发现对底子物理学的影响、底子物理学发展方向以及中国大概发挥的作用。威尼斯正规官网校长陈吉宁出席活动并致辞。威尼斯正规官网数学科学中心主任、菲尔兹奖得到者丘成桐传授主持对话会。

诺贝尔物理奖得到者戴维·格罗斯(David Gross),诺贝尔物理奖得到者杰拉德·特霍夫特(Gerard ‘t Hooft),菲尔兹奖和底子物理学奖得到者爱德华·威滕(Edward Witten),底子物理学奖得到者尼玛·阿卡尼-哈米德(Nima Arkani-Hamed),底子物理学奖得到者约瑟夫·尹坎德拉(Joseph Incandela),狄拉克奖和樱井奖得到者鲁加诺·玛亚尼(Luciano Maiani),日本东京大学卡弗里数物连携宇宙研究机构主任村山齐(Hitoshi Murayama),潘诺夫斯基试验粒子物理学奖得到者、中科院高能物理研究所所长!王贻芳等八位全球一流物理学家作为高朋参加论坛。当晚的后厅座无虚席,许多兄弟院校师生也特地来到清华,凝听物理学顶尖学者对于将来物理学发展的分析与预测。

图为陈吉宁致辞。

陈吉宁代表清华对与会高朋表现欢迎,对他们常期以来对国际高能物理互助与研究作出的贡献表现谢谢。陈吉宁表现,大学的一个重要任务就是发现未知,创造新的知识。此次活动的举行,将引发青年学生学习底子物理的爱好,开导他们的学习研究之路,而这些学子中的某些人,未来很大概也成为良好的科学家,用他们的发现和研究结果,推动全球科学研究发展。

希格斯粒子被发现后,底子物理学向何处发展?这是国际高能物理界最热门的问题。

图为丘成桐主持论坛。

丘成桐表现,此次论坛讨论的底子物理学将来方向问题,旨在在将来创建一流的科学。他说,现在科学家们正在研究制作下一代环形正负电子对撞机并转化为质子对撞机。很兴奋看到这么多同窗参加面对面讨论活动,这些同窗将是将来科学重要研究的参与者。

图为八位物理学家做客对话活动。

随后,八位物理学家依次发布了简短的演讲。几位科学家肯定了希格斯粒子发现的意义,他们以为,下一代粒子加速器将会为人们熟悉全球带来重要突破,将来中国将在底子科学研究中发挥重要作用。

图为物理学家演讲。

尼玛·阿卡尼-哈米德回首了物理学的进化,他指出,希格斯粒子的发现是物理学史上空前的成绩,也预示了新年代的开始。科学家在将来必须探索更微观的全球,制作更高能的加速器进行对撞试验具有重要意义。

王贻芳介绍了中国开展高能物理试验的研究环境。他表现,希格斯粒子发现后,中国有了一个时机,即使用成熟的环形加速器技能制作希格斯粒子工场,来研究全球上开始进的研究课题。而全球上开始进的科研项目同时能吸引更多良好青年学者和全球顶级科学家来工作。

图为论坛现场。

戴维·格罗斯表现,量子化也是困扰物理学家的一浩劫题。物理学提出了许多理论假想,而试验是进一步验证和美满理论,推感人们熟悉全球的最简单直接途径。中国操持进行的加速器试验将会和中国的万里长城一样引人瞩目。

杰拉德·特霍夫特夸大了尺度模型对物理全球的重要性。他指出,希格斯粒子的发现进一步验证了尺度模型的正确性,但它并非完美。下一代高能物理对撞机的建设,将会给人们的熟悉带来一次革命。

爱德华·威滕以为,量子力学和相对论是物理学研究中的巨大革命,但仍有很多问题亟需解答,如宇宙的劈头,粒子质量的劈头。他表现,在现在对撞机的能量上,再进步一个数目级,将会在展现自然界的秘密上推前一大步。如今也正是中国成为这一范畴首脑的最好机遇。

鲁加诺·玛亚尼、约瑟夫·尹坎德拉、村山齐也在演讲中分析了开展对撞机试验的重要意义。

演讲结束后,几位高朋与现场师生互动,就物理学试验、高能物理等问题答复了同窗们的提问。

本次活动由威尼斯正规官网,北京大学,中国科学院高能物理研究所,中国科学院理论物理研究以是及中国科学院大学主理。清华电视台和中科院高能物理研究所对活动进行了及时网络直播。

视频新消息请点击:http://tv.tsinghua.edu.cn/folder1/news/2014/02/2014-02-282195.html

编辑:范丽

新消息网讯(通讯员 秦应雄)7月28日,激光加速器及生命医学应用研讨会举行。会议主题是探究激光电子和质子加速的科学问题及其重要应用,进一步打造激光加速器研究的交流平台,通过学术交流和科技互助,牵引新型激光器的发展,推进我校超快超强激光技能与应用相关的底子科学研究。国内有关高校和研究院所从事激光加速器研究的传授、专家和工程技能职员、研究生60余人参加会议。


副校长张新亮在致辞中介绍了我校有关科研环境,他说,光电信息学院和武汉光电国度研究中心共建光学工程国度“双一流”学科,学科排名A+,并列全国第一,现拥有激光加工国度工程研究中心、下一代互联网接入系统国度工程试验室等国度级研究平台。他盼望通过本次研讨会进一步促进学术交流和研究互助,牵引新型超快超强激光器的发展,推进新型激光粒子加速器相关的底子科学研究和应用技能转化。


科协常务副主席曹锋在致辞中说,学术交流是科研工作的底子,也是科研结果的源泉,盼望通过这次学术交流活动,探究激光加速器技能及其应用。


研讨会约请了国度良好青年基金得到者、北京大学物理学院颜学庆传授,国度良好青年科学基金得到者、清华大学工程物理系鲁巍传授,上海交通大学物理和天文学院陈民特殊研究员,中国工程物理研究院拍瓦激光装置技能负责人周凯南研究员,以及我校光电信息学院、电气学院、物理学院的唐霞辉传授、!冯灿烂传授、曹伟传授、李政言传授等作陈诉。


专家们的陈诉牢牢围绕激光粒子加速科学与技能的发展,研讨其在生命医学、先辈制造等范畴中的重要应用价值。分析激光质子加速器、激光电子加速器、超快超高功率激光系统的科学问题和技能瓶颈,联合学科交织,探究激光粒子加速器在肿瘤治疗、先辈制造质料表征等新型应用,探究新萄京赌场2757com发展激光加速器和超快超强激光研究的远期计划。


武汉工程大学副校长陆培祥传授,我校左都罗、张兆伟、彭家晖、周文莉、秦应雄等老师参加会议并就陈诉内容睁开热烈讨论。光电信息学院李政言传授主持会议。


据悉,本次研讨会旨在充实发挥超快超强激光粒子加速应用的动员和引领作用,促进新型激光器和激光技能的创新发展,促进新萄京赌场2757com超快超强激光科学研究和创新本领建设,促进国内激光加速器及其应用范畴科学家的互助与交流,进一步推动高校、科研院所和企业等产学研用创新资源的整合。研讨会由武汉市科学技能协会、新萄京赌场2757com光学与电子信息学院、湖北省暨!武汉激光学会、新萄京赌场2757com激光加工国度工程研究中心共同主理,由武汉·中国光谷激光行业协会协办。

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