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2020-12-14 中国科学报
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  探测银河系光晕中的大尺度X射线气泡

  银河系的光晕提供了一个实验场所,用以研究由银河系形成模型预测的激波热气的特性。有观测证据表明,在过去银河系核的活动中,能量注入光晕;然而,这种能量的来源(恒星形成或超大质量黑洞活动)尚不确定,而且核结构与大规模特征之间的因果关系尚未明确建立。

  研究组报道了软X射线辐射的气泡,这些气泡在银河系中心上下延伸约14千秒差距,且包括在南部天空中类似于北银极支的结构。这些气泡的尖锐边界显示无碰撞和无辐射冲击,并证实了这样一种观点,即这些气泡不是局部超新星的残余,而是与γ射线所见特征密切相关的巨大星系级结构的一部分。

  来自银河系中心的大量能量注入是造成γ射线和X射线气泡的最可能原因。后者的估计能量约为1056尔格,足以扰乱银河系环星系介质的结构、能量含量和化学富集。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2979-0

  大型强子对撞机揭示强子之间强相互作用

  当今核物理面临的主要挑战之一,是要从第一性原理出发,理解具有不同夸克含量的强子之间的有效相互作用。利用求解离散时空晶格上夸克和胶子动力学的技术已获得了初步成功。

  实验中通过强子彼此散射对强相互作用的动力学进行研究。对于不稳定的强子来说,这样的散射实验很困难,甚至不可能,因此高质量的测量仅存在于包含上下夸克的强子中。

  研究组证明,在欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)的超相对论性质子—质子碰撞中,测量强子对之间的动量空间的相关性,提供了一种精确的方法,可获得关于任何一对不稳定强子之间相互作用动力学的缺失信息。

  具体来说,研究组讨论了包含奇异夸克(超子)的重子相互作用的情况。研究组演示了如何使用质子—ω重子相关性的精确测量结果,用类似于晶格计算预测的精度对强子—强子对强相互作用的影响进行研究与比较。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-3001-6

  低于费米温度的活性分子偶极蒸发

  分子的控制是研究量子相的关键,其中丰富的自由度可用来编码信息,强相互作用可精确调谐。但分子碰撞中的非弹性损失极大地阻碍了低熵分子系统的工程设计。到目前为止,唯一的量子简并分子气体是通过结合两种高度简并原子气体产生的。

  研究组使用外部电场和光学晶格约束来创建自旋极化的钾—铷(KRb)极性分子的二维费米气体,其中弹性的、可调谐的偶极相互作用支配着所有非弹性过程。捕集阱中分子之间的直接热化导致有效的偶极蒸发冷却,造成相空间密度快速增加。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2980-7

  用布里渊激光子系统操作光学原子钟

  传统上,微波原子钟是精确测量时间和频率的“金标准”。然而,在过去的10年中,光学原子钟的精确度已比微波原子钟高两个数量级及以上。现有的光学时钟占用体积超过1立方米,使这些时钟能够在现场环境中运行是一项重大挑战,这需要原子基准和时钟激光器及其支持激光器和电子设备的坚固性和小型化。

  使用受激布里渊散射激光子系统,它有着缩小的腔体体积,且在非真空的情况下运行,研究组展示了一个颇有前途的便携式光学原子钟结构的组件。研究组用受激布里渊散射激光器探测88Sr+离子,获得了一个在1秒钟内具有3.9×10-14短期稳定性的时钟,这比最先进的微波时钟提高了一个数量级。

  这种潜在便携式系统中的性能提升为大幅改进现有技术提供了一个新途径,例如全球定位系统、地球大地测量、对暗物质的搜寻,以及研究基本物理常数的可能长期变化等。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2981-6

  原子尺度约束下的毛细凝聚

  水的毛细凝聚在自然界和工艺中无处不在。它通常发生在颗粒状和多孔性介质中,可以极大地改变诸如黏合、润滑、摩擦和腐蚀等性质,在微电子、制药、食品和其他行业的许多过程中都很重要。

  已有百年历史的开尔文方程常用于描述凝聚现象,且被证明可适用于直径小至几个纳米的液体弯月面。对于在环境湿度下凝聚的更小直径以及具有特殊实际意义的毛细通道,由于其直径与水分子大小相当,开尔文方程可能会失效。

  研究组使用二维晶体的范德华组装来创建原子尺度毛细管,并研究其中的凝聚。最小的毛细管直径不到4埃,只能容纳单层水。令人惊讶的是,即使在这种尺度下,研究组发现使用体相水特性的宏观开尔文方程竟在强亲水性(云母)毛细管中准确描述了凝聚转变,且对弱亲水性(石墨)毛细管的定性仍然有效。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2978-1

打印 责任编辑:张芳丹
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