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物理学

物理学家从铅的测量中获得中子星金
托马斯·杰斐逊 ( Thomas Jefferson)国家加速器设施      杰斐逊实验室的实验厅A是该实验室连续电子束加速器设施中四个核物理研究领域之一。信用:美国能源部的杰斐逊实验室  核物理学家已经在美国能源部的托马斯·杰斐逊国家加速器实验室进行的实验中对中子“皮”的厚度进行了一种新的,高度精确的测量,该测量涵盖了铅核,并且刚刚发表在《物理评论快报》上。结果表明,中子皮厚度为0.28百万纳米,对中子星的结构和大小具有重要意义。  在宇宙中每个原子的心脏形成核的质子和中子有助于确定每个原子的身份和特性。核物理学家正在研究不同的原子核,以更多地了解这些质子和中子在原子核内部的作用。Lead Radius实验合作组织称为PREx(在铅的化学符号Pb之后),正在研究质子和中子如何在铅原子核中分布的精细细节。  “问题在于中子在铅中的哪个位置。铅是一个很重的原子核-存在额外的中子,但就核力而言,质子和中子的均等混合效果更好,”肯特·帕施克(Kent Paschke)教授说。弗吉尼亚大学和实验联合发言人。  Paschke解释说,只有几个质子的轻核通常内部具有相等数量的质子和中子。随着原子核变得越来越重,它们需要更多的中子而不是质子来保持稳定。具有20个以上质子的所有稳定核的中子要比质子更多。例如,铅有82个质子和126个中子。测量这些额外的中子如何分布在原子核内是了解重原子如何组合在一起的关键输入。  帕施克说:“铅原子核中的质子在一个球体中,我们发现中子在它们周围的一个更大的球体中,我们称之为中子皮。”  PREx实验结果发表在2012年《物理评论快报》上,提供了使用电子散射技术对该中子皮肤进行的首次实验观察。根据这一结果,双方开始着手在PREx-II中对其厚度进行更精确的测量。该测量是在2019年夏季使用美国能源部科学办公室用户设施连续电子束加速器设施进行的。与第一个实验一样,该实验根据铅中子来测量铅核的平均大小。  中子很难测量,因为物理学家用来测量亚原子粒子的许多灵敏探针都依赖于通过电磁相互作用来测量粒子的电荷,电磁相互作用是自然界中四种相互作用之一。PREx利用不同的基本力即弱核力来研究中子的分布。  “质子带有电荷,可以利用电磁力进行映射。中子没有电荷,但是与质子相比,它们具有较大的弱电荷,因此,如果使用弱相互作用,则可以确定中子的位置。 ” 帕斯克解释说。  在实验中,精确控制的电子束被撞入低温冷却的铅薄片中。这些电子沿运动方向旋转,就像足球传球上的螺旋线一样。  束中的电子通过电磁或弱相互作用与铅靶的质子或中子相互作用。虽然电磁相互作用是镜像对称的,但弱相互作用不是。这意味着通过电磁相互作用的电子会这样做,而与电子的自旋方向无关,而通过弱相互作用进行相互作用的电子在自旋处于一个方向时会比另一个方向优先出现更多。  “利用散射中的这种不对称性,我们可以确定相互作用的强度,从而告诉我们中子所占据的体积大小。它告诉我们中子与质子的位置。” 麻省大学阿默斯特分校的实验联合发言人兼教授克里希纳·库玛(Krishna Kumar)说。  测量需要很高的精度才能成功进行。在整个实验过程中,电子束自旋每秒从一个方向翻转到相反的方向240次,然后电子通过CEBAF加速器行进将近一英里,然后精确地放置在目标上。库马尔说:“平均而言,在整个运行过程中,我们知道左右光束相对于彼此的位置在10个原子的宽度之内。”  收集并分析了从铅原子核上散落而保持完整的电子。然后,PREx-II合作将其与2012年以前的结果以及铅核的质子半径(通常称为其装药半径)的精确测量结合在一起。帕施克说:“电荷半径约为5.5飞米。中子的分布略大于5.8飞米,因此中子皮为0.28飞米,即约0.28纳米。”  研究人员说,这个数字比某些理论所建议的要厚,这对中子星的物理过程及其大小具有影响。“这是对中子皮肤的最直接观察。我们正在发现一个所谓的刚性状态方程,该状态方程高于预期压力,因此很难将这些中子压入原子核。因此,我们发现了密度原子核内部比预期的要低一点。”帕施克说。  库马尔说:“我们需要知道中子星的含量和状态方程,然后才能预测这些中子星的特性。” “因此,我们通过铅原子核的测量为该领域做出的贡献使您可以更好地推断中子星的性质。”  PREx结果暗示的出乎意料的僵硬状态方程与最近获得诺贝尔奖的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)实验碰撞的中子星的观测有着密切的联系。LIGO是旨在检测引力波的大型物理天文台.“随着中子星开始互相缠绕,它们发出引力波,LIGO会检测到这些引力波。当它们在近一秒的时间内接近时,一个中子星的引力将另一个中子星变成一个泪滴-它实际上变得像美式橄榄球一样长圆形。如果中子皮较大,则意味着橄榄球具有某种形状;如果中子皮较小,则意味着橄榄球具有不同的形状。由LIGO进行测量。”库马尔说。“ LIGO实验和PREx实验做了非常不同的事情,但是它们由这个基本方程式(即核物质的状态方程式)联系在一起。”点击查看:更多有关物理学文章更多医学分类文章使用文档翻译功能使用图片转文字功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-04-28 20:48:36
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新光中的黑洞
  全球19个天文台正在仔细检查所有可能波长的巨型M 87星系的中心  2021年4月19日  巨大的银河系Messier 87中心的黑洞是研究的重点。自从第一幅图像于2019年4月发布以来,对名为M87 *的物体的兴趣一直在增加。天文学家对其周围环境特别感兴趣。这是因为巨大质量的巨大引力驱动了一个高能射流,该射流将近距离的粒子以接近光速的速度吹向太空。现在,研究人员已经发布了来自19个观测站的测量数据。这些进一步阐明了M87 *。马克斯·普朗克射电天文研究所大量参与了该项目;除其他外,它使用埃菲尔斯贝格(Effelsberg)的100米天线进行观测。    宇宙拼贴:合成图像显示了在2017年4月的EHT运动期间,M87系统在电磁频谱上的外观,这导致了黑洞的标志性第一幅图像。该图像是由地球和太空中19个不同的天文台的观测结果创建的,揭示了黑洞及其前向喷流的巨大尺度,该黑洞始于事件视界之外,并覆盖了整个银河系。  ©EHT多波长科学工作组;EHT合作;ALMA(ESO / NAOJ / NRAO);EVN;EAVN 合作; VLBA(NRAO); GMVA;哈勃太空望远镜,尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台;钱德拉X射线天文台;核光谱望远镜阵列;Fermi-LAT合作;HESS合作;MAGIC合作;VERITAS合作;NASA和ESA。由JC Algaba组成。  巨大的黑洞会产生喷射流,它们紧密束缚着能量和物质束。在M87 *的情况下,这些喷气机向太空延伸了至少100,000光年。这样,它们发出的辐射会覆盖整个电磁频谱的整个范围-从长波无线电范围到极短波伽马范围。对于每个黑洞,此辐射的模式都不同,因此可以深入了解其属性。  但是,模式会随着时间而变化,从而使观察变得困难。在使用事件地平线望远镜(EHT)进行测量的过程中,该望远镜提供了M87 *的第一张图像,研究人员通过与地面和太空中世界上许多最强大的望远镜进行协调,对这种变化进行了补偿。这种“多频天文学”捕获了整个电磁频谱中的辐射。这是迄今为止针对超大质量黑洞及其射流进行的最广泛的同时测量活动。  Stefanie Komossa说:“这个独特的数据集对于理解我们宇宙邻居中最巨大的黑洞之一附近的物理条件至关重要。” 波恩的马克思普朗克射电天文学研究所的研究人员是EHT的辅助观测小组成员,也是“天体物理学快报”最新出版物的主要作者之一。“无线电数据与其他波长(如近红外,可见光,X射线和伽马射线)的近实时测量值的结合,为海底附近发生的物理过程的详细图片提供了巨大的数据量。黑洞和喷气式飞机的发射区域”,科莫萨的同事托马斯·克里希鲍姆(Thomas p. Krichbaum)补充说,他也是波恩研究所的研究员,也是EHT科学理事会的成员。  在他们目前的研究中,科学家们发布了这个庞大的数据集,并使所有感兴趣的团体都可以使用。麦吉尔大学(McGill University)的达里尔·哈加德(Daryl Haggard)说:“数个小组已经在研究他们的模型是否与这些广泛的观察结果相匹配”。他很高兴整个社区现在正在帮助人们更好地理解黑洞与其喷头之间的紧密联系。初步结果表明,M87 *附近物质产生的电磁辐射量是有史以来最低的。这一事实为研究黑洞提供了理想的条件,尤其是事件视界附近的区域,在这些区域中,信号在输出时遇到的障碍较少。 研究人员还计划改进对爱因斯坦广义相对论的检验。这样的实验需要极强的引力场,例如超大质量黑洞产生的引力场。但是,天文学家尚不确切知道围绕M87 *旋转并在射流中发射的物质是什么样的。决定发射光的物质的物理性质也仍然是个谜。 阿姆斯特丹大学的Sera Markoff说:“了解粒子加速度是我们对EHT图像和射流的解释的核心”。“因为这架射流设法将黑洞释放的能量传输到比宿主星系更大的距离,就像一条巨型电力电缆一样”。现在收集的数据将帮助研究人员计算所传输的能量,从而计算黑洞射流对其周围环境的影响。   该出版物与当前的EHT观测运行吻合,该观测运行再次使用全球望远镜网络。本周,天文学家计划花六个晚上检查银河系M87以及人马座A *,这是银河系中心的超大质量黑洞。  “在这次观察运动中,地球和太空中的许多望远镜与EHT合作,共同共同并同时研究了整个电磁波谱中M87 *的特性,” Event Horizon Telescope创始主席安东·曾索斯(Anton Zensus)说。马克斯·普朗克射电天文学研究所所长。因此,可以更详细地研究磁场,宇宙射线,射流结构,发射和吸收过程以及广义相对论的作用。点击查看:更多有关太空探索文章使用文档翻译功能使用图片翻译功能使用专业译文翻译 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:mpg
2021-04-20 20:18:19
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研究人员通过激光实现世界首次操纵反物质
Researchers achieve world's first manipulation of antimatter by laser研究人员通过激光实现世界首次操纵反物质by TRIUMFAn artistic illustration of the movement of an antihydrogen atom in the ALPHA magnetic trap, before (grey) and after (blue) laser cooling. The images show various lengths of the antihydrogen's track. Credit: Chukman So/TRIUMF一个反氢原子在阿尔法磁阱中运动的艺术插图,在激光冷却之前(灰色)和之后(蓝色)。图像显示了反氢轨道的不同长度。信贷:Chukman So/TRIUMFResearchers with the CERN-based ALPHA collaboration have announced the world's first laser-based manipulation of antimatter, leveraging a made-in-Canada laser system to cool a sample of antimatter down to near absolute zero. The achievement, detailed in an article published today and featured on the cover of the journal Nature, will significantly alter the landscape of antimatter research and advance the next generation of experiments.欧洲核子研究中心(CERN)ALPHA合作项目的研究人员宣布,利用加拿大制造的激光系统将反物质样品冷却到接近绝对零度,实现了世界上第一次基于激光的反物质操控。今天发表的一篇文章详细介绍了这一成果,并刊登在《自然》杂志的封面上,它将极大地改变反物质研究的格局,推进下一代实验。Antimatter is the otherworldly counterpart to matter; it exhibits near-identical characteristics and behaviors but has opposite charge. Because they annihilate upon contact with matter, antimatter atoms are exceptionally difficult to create and control in our world and had never before been manipulated with a laser.反物质是对符合其他世界的同行;它呈现出近乎相同的特征和行为,但具有相反的充电。因为他们在与物质接触时湮灭,所以反物质原子在我们的世界中创造和控制难以创造和控制,并且从未用激光操纵过。"Today's results are the culmination of a years-long program of research and engineering, conducted at UBC but supported by partners from across the country," said Takamasa Momose, the University of British Columbia (UBC) researcher with ALPHA's Canadian team (ALPHA-Canada) who led the development of the laser. "With this technique, we can address long-standing mysteries like: 'How does antimatter respond to gravity? Can antimatter help us understand symmetries in physics?'. These answers may fundamentally alter our understanding of our Universe."“今天的研究成果是一个长达数年的研究和工程项目的成果,该项目在UBC进行,但得到了来自全国各地的合作伙伴的支持,”领导激光研发的ALPHA加拿大团队(ALPHA Canada)的不列颠哥伦比亚大学(UBC)研究员Takamasa Momose说通过这项技术,我们可以解决长期存在的谜团,比如:“反物质如何对引力作出反应?”?反物质能帮助我们理解物理学中的对称性吗。这些答案可能会从根本上改变我们对宇宙的理解。”Since its introduction 40 years ago, laser manipulation and cooling of ordinary atoms have revolutionized modern atomic physics and enabled several Nobel-winning experiments. The results in Nature mark the first instance of scientists applying these techniques to antimatter.自介绍40年前以来,激光操纵和普通原子的冷却已彻底改变了现代原子物理,并启用了几个诺贝尔获胜的实验。 Nature的结果标志着将这些技术应用于反物质的科学家的第一例。By cooling antimatter, researchers will be able to perform a variety of precision tests to further investigate the characteristics of antimatter, including experiments that may shine a light on the fundamental symmetries of our Universe. These tests could offer clues as to why the Universe is made primarily of matter and not equal parts matter/antimatter as predicted by Big Bang models.通过冷却反物质,研究人员将能够进行各种精确测试,以进一步研究反物质的特征,包括可能在我们宇宙的基本对称上发光的实验。这些测试可以为为什么宇宙主要是有关的,而不是大爆炸模型预测的宇宙而不是相等的部分重要/反物质。"It was a bit of crazy dream to manipulate antimatter with laser," said Makoto Fujiwara, ALPHA-Canada spokesperson, TRIUMF scientist, and the original proponent of the laser cooling idea. "I am thrilled that our dream has finally come true as a result of tremendous teamwork of both Canadian and international scientists."“用激光操纵反物质有点疯狂的梦想,”加拿大阿尔法协会发言人、TRIUMF科学家、激光冷却想法的最初支持者Makoto Fujiwara说我很高兴,由于加拿大和国际科学家的巨大合作,我们的梦想终于实现了。”The laser manipulation of antimatter also opens the door to a variety of leading-edge physics innovations.反物质的激光操纵也打开了各种前沿物理创新的门。Momose and Fujiwara are now leading a new Canadian project, dubbed HAICU, to develop new quantum techniques for antimatter studies. "My next dream is to make a "fountain" of anti-atoms by tossing the laser- cooled antimatter into free space. If realized, it would enable an entirely new class of quantum measurements that were previously unthinkable," said Fujiwara. "Furthermore, we are one step closer to being able to manufacture the world's first antimatter molecules by joining anti-atoms together using our laser manipulation technology," said Momose.Momose和Fujiwara现在推进了一个新的加拿大项目,被称为Haicu,为反物质研究开发新的量子技术。 “我的下一个梦想是通过将激光冷却的反物质扔进自由空间来制作抗原子的”喷泉“。如果实现,它将使其能够实现先前不可想象的全新的量子测量,”Fujiwara说。 “此外,我们是能够通过使用我们的激光操作技术加入抗原子来制造世界第一反物质分子的一步,”Momose说。The results mark a watershed moment for ALPHA's decades-long program of antimatter research, which began with the creation and trapping of antihydrogen for a world-record one thousand seconds in 2011. The collaboration also provided a first glimpse of the antihydrogen spectrum in 2012, set guardrails confining the effect of gravity on antimatter in 2013, and showcased an antimatter counterpart to a key spectroscopic phenomenon in 2020.这一结果标志着阿尔法长达数十年的反物质研究计划的一个分水岭时刻,该计划始于2011年创造并捕获了1000秒的反氢世界纪录。这项合作还为2012年的反氢光谱提供了第一眼界,2013年设置了限制重力对反物质影响的护栏,并在2020年展示了与一个关键光谱现象相对应的反物质。  点击查看:更多有关物理学文章更多生物学分类文章使用文档翻译功能使用图片翻译功能  免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。  来源于:phys
2021-04-01 19:43:02
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理论上可能存在微小的虫洞
Microscopic wormholes possible in theory理论上可能存在微小的虫洞by University of Oldenburg Credit: CC0 Public Domain奥尔登堡大学信用:CC0公共领域Wormholes play a key role in many science fiction films—often as a shortcut between two distant points in space. In physics, however, these tunnels in spacetime have remained purely hypothetical. An international team led by Dr. Jose Luis Blázquez-Salcedo of the University of Oldenburg has now presented a new theoretical model in the science journal Physical Review Letters that makes microscopic wormholes seem less far-fetched than in previous theories.虫洞在许多科幻电影中扮演着关键的角色,常常是太空中两个遥远点之间的捷径。然而,在物理学中,这些时空隧道仍然是纯粹的假设。奥尔登堡大学的Jose Luis Blázquez Salcedo博士领导的一个国际研究小组在《物理评论快报》科学期刊上提出了一个新的理论模型,该模型使得微观虫洞看起来不像以前的理论那么牵强。Wormholes, like black holes, appear in the equations of Albert Einstein's general theory of relativity, published in 1916. An important postulate of Einstein's theory is that the universe has four dimensions—three spatial dimensions and time as the fourth dimension. Together they form what is known as spacetime, and spacetime can be stretched and curved by massive objects such as stars, much as a rubber sheet would be curved by a metal ball sinking into it.蠕虫洞像黑洞一样,出现在1916年发表的爱因斯坦广义相对论方程中。爱因斯坦理论的一个重要假设是,宇宙具有四个维度-三个空间维度和时间作为第四维度。它们一起形成了所谓的时空,时空可以被诸如星星之类的大物体拉伸和弯曲,就像橡胶板会被沉入其中的金属球弯曲一样。The curvature of spacetime determines the way objects like spaceships and planets, but also light, move within it. "In theory, spacetime could also be bent and curved without massive objects," says Blázquez-Salcedo, who has since transferred to the Complutense University of Madrid in Spain. In this scenario, a wormhole would be an extremely curved region in spacetime that resembles two interconnected funnels and connects two distant points in space, like a tunnel. "From a mathematical perspective such a shortcut would be possible, but no one has ever observed a real wormhole," the physicist explains.时空的曲率决定着太空飞船和行星等物体以及光在其中的移动方式。 “从理论上讲,时空也可以在没有大物体的情况下弯曲和弯曲。”布拉兹克斯-萨尔塞多说。在这种情况下,虫洞在时空中将是一个极度弯曲的区域,类似于两个相互连接的漏斗并连接空间中的两个遥远点,例如隧道。这位物理学家解释说:“从数学的角度来看,这样的捷径是可能的,但没人能观察到真正的虫洞。”Moreover, such a wormhole would be unstable. If for example a spaceship were to fly into one, it would instantly collapse into a black hole—an object in which matter disappears, never to be seen again. The connection it provided to other places in the universe would be cut off. Previous models suggest that the only way to keep the wormhole open is with an exotic form of matter that has a negative mass, or in other words weighs less than nothing, and which only exists in theory. However, Blázquez- Salcedo and his colleagues Dr. Christian Knoll from the University of Oldenburg and Eugen Radu from the Universidade de Aveiro in Portugal demonstrate in their model that wormholes could also be traversable without such matter.而且,这种虫洞将是不稳定的。例如,如果一艘太空飞船要飞入其中,它会立即崩溃成一个黑洞-一个物质消失的物体,再也看不到了。它与宇宙中其他地方的联系将被切断。先前的模型表明,保持虫洞开放的唯一方法是使用奇异的物质,该物质的质量为负,换句话说,其重量小于或等于零,并且仅在理论上存在。但是,来自奥尔登堡大学的Blázquez-Salcedo及其同事Christian Knoll博士和来自葡萄牙阿威罗大学的Eugen Radu博士在他们的模型中证明,如果没有这种问题,虫洞也是可以穿越的。The researchers chose a comparatively simple "semiclassical" approach. They combined elements of relativity theory with elements of quantum theory and classic electrodynamics theory. In their model they consider certain elementary研究人员选择了一种相对简单的“半古典”方法。他们将相对论的要素与量子理论和经典的电动力学理论相结合。在他们的模型中,他们认为某些基本知识particles such as electrons and their electric charge as the matter that is to pass through the wormhole. As a mathematical description, they chose the Dirac equation, a formula that describes the probability density function of a particle according to quantum theory and relativity as a so-called Dirac field.诸如虫子之类的粒子以及它们要穿过虫洞的电荷。作为数学描述,他们选择了狄拉克方程,该方程根据量子论和相对论将粒子的概率密度函数描述为所谓的狄拉克场。As the physicists report in their study, it is the inclusion of the Dirac field into their model that permits the existence of a wormhole traversable by matter, provided that the ratio between the electric charge and the mass of the wormhole exceeds a certain limit. In addition to matter, signals—for example electromagnetic waves— could also traverse the tiny tunnels in spacetime. The microscopic wormholes postulated by the team would probably not be suitable for interstellar travel.正如物理学家在他们的研究中所报告的那样,将Dirac场包含到他们的模型中允许存在可被物质穿越的虫洞,前提是该虫洞的电荷与质量之比超过一定限制。除物质外,信号(例如电磁波)也可以在时空中穿越微小的隧道。团队推测的微观虫洞可能不适合星际旅行。Moreover, the model would have to be further refined to find out whether such unusual structures could actually exist. "We think that wormholes can also exist in a complete model," says Blázquez-Salcedo.此外,该模型必须进一步完善,以查明是否可能确实存在这种异常结构。 Blázquez-Salcedo说:“我们认为虫洞也可以存在于完整的模型中。”点击查看:更多有关物理学文章更多探索太空分类文章使用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-03-10 21:04:02
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巨大的冰块暗示宇宙抗中微子的存在
  埋在南极冰层深处的探测器观察到了罕见的中微子相互作用过程,称为Glashow共振的证据,这为探测天体物理源中的中微子形成提供了一种方法。  卡拉·迪斯泰法诺  中微子是最难以捉摸的基本粒子,分为三种类型:电子中微子,μ子中微子和tau中微子。它们几乎无质量且缺乏电荷,它们仅通过称为弱相互作用的基本力与物质相互作用,该基本力由称为W和Z玻色子的传力粒子介导。在1959年,理论物理学家格拉肖使用粒子物理学的标准模型来预测1带负电W¯¯玻色子(w ^ -玻色子)可以在电子与电子反中微子(电子中微子的反物质形式)之间的碰撞中形成。此过程现在称为Glashow共振,发生在电子反中微子,其能量约为6.3皮法电子伏特(1 PeV为10 15  eV)。  在实验室中尚未观察到Glashow共振,因为所需的抗中微子能量超出了目前可用的粒子促进剂的范围。但是,在宇宙过程中产生的天然抗中微子可以达到数十PeV 2的能量。在《自然》杂志的一篇论文中,IceCube协作组织报告了从天体物理学来源检测到的抗中微子产生的事件的检测,这可能是Glashow共振的首次观察3。  当中微子与物质相互作用时
2021-03-11 20:40:20
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研究人员观察到模拟黑洞中的静止霍金辐射
由英格丽(Ingrid Fadelli) 黑洞是太空中引力非常强的区域-如此之强,以至于没有任何东西能够进入其中,包括光。理论预测表明,黑洞周围有一个半径,称为事件视界。一旦事物超过了事件视界,它就再也无法逃脱黑洞,因为重力接近中心时会变得更强。 理论物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)预测,虽然没有任何东西可以从它们内部逸出,但黑洞会自发地发出有限的光,这就是霍金辐射。根据他的预测,这种辐射是自发的(即,它是一无所有),并且是固定的(即,其强度不会随时间变化很大)。 以色列以色列理工学院的研究人员最近进行了一项旨在检验霍金理论预测的研究。更具体地说,他们检查了在实验室环境中创建的“人造黑洞”中的霍金辐射是否相等。 进行这项研究的研究人员之一杰夫·斯坦豪(Jeff Steinhauer)对Phys表示:“如果进入事件视界,就连光也无法逃脱。” “鹰嘴辐射刚好在事件视界之外开始,光线几乎无法散发出去。这真是奇怪,因为那里什么都没有;它是空的空间。然而,这种辐射是从零开始的,出射并朝着地球传播。” Steinhauer和他的同事创造的人造黑洞长约0.1毫米,是由由8000个atoms原子组成的气体制成的,而atoms原子的数量相对较少。研究人员每次拍摄照片时,黑洞都会被破坏。为了观察其随时间的演变,他们必须制作黑洞,对其进行拍照,然后再创建一个黑洞。这个过程重复了很多次,持续了几个月。 研究人员创建的模拟黑洞。图片来源:Kolobov等。 模拟黑洞发出的霍金辐射是由声波而不是光波构成的。atoms原子的流动速度快于声速,因此声波无法到达事件视界并从黑洞逸出。但是,在事件范围之外,气体流动缓慢,因此声波可以自由移动。 Steinhauer解释说:“ The的流动速度比声音的速度快,这意味着声音不能逆流而行。” “假设您试图逆流而行。如果流过的速度快于可游泳的速度,那么您就无法前进,您会被推回去,因为水流的移动速度太快且方向相反,所以您就是卡住了。这就是卡在黑洞中,然后试图从内部到达事件视界的感觉。” 根据霍金的预测,黑洞发出的辐射是自发的。在之前的一项研究中,Steinhauer和他的同事们能够在他们的人造黑洞中证实这一预测。在他们的新研究中,他们着手研究黑洞发出的辐射是否也静止(即,如果它随时间保持不变)。 Steinhauer说:“黑洞应该像黑体一样辐射,这实际上是一个温暖的物体,它会发出恒定的红外辐射(即黑体辐射)。” “霍金建议黑洞就像规则的恒星一样,恒星一直不断地辐射某种类型的辐射。这就是我们想要在研究中证实的,并且我们做到了。” 霍金辐射由成对的光子(即光粒子)组成:一个从黑洞中射出,另一个从黑洞中回落。当试图确定他们创建的模拟黑洞发出的霍金辐射时,Steinhauer和他的同事因此寻找相似的声波对,一个来自黑洞,另一个进入其中。一旦他们确定了这些声波对,研究人员便试图确定它们之间是否存在所谓的相关性。 “我们必须收集大量数据才能看到这些相关性,” Steinhauer说。“因此,我们进行了97,000次重复实验;总共进行了124天的连续测量。” 总体而言,这一发现似乎证实了黑洞发出的辐射是固定的,正如霍金所预测的那样。尽管这些发现主要适用于他们创建的模拟黑洞,但理论研究可以帮助确认它们是否也可以应用于真实黑洞。 “我们的研究还提出了重要的问题,因为我们观察了模拟黑洞的整个寿命,这意味着我们也看到了霍金辐射是如何开始的,” Steinhauer说。“在未来的研究中,人们可以尝试将我们的结果与对真实黑洞中发生的情况的预测进行比较,以观察'真实的'霍金辐射是否从零开始,然后如我们所观察到的那样积累。” 在研究人员进行实验的某个时刻,围绕模拟黑洞的辐射变得非常强,因为黑洞形成了所谓的“内部视界”。除了事件视界之外,爱因斯坦的广义相对论还预测了这种存在内部视界的角度,黑洞内部的半径勾勒出一个更靠近其中心的区域。 在内部视界内部的区域中,重力的牵引力要低得多,因此物体能够自由移动,而不再被拉向黑洞的中心。但是,它们仍然无法离开黑洞,因为它们无法以相反的方向(即,朝向事件地平线)穿过内部地平线。 “从本质上讲,事件视界是黑洞的外层球体,在它的内部,有一个称为内层视界的小球体,” Steinhauer说。“如果您跌入内层视线,那么您仍然会陷于黑洞中,但至少您不会感到陷入黑洞中的怪异现象。您将处于一个'更'正常'的环境中,因为引力会降低,所以您不会再有这种感觉了。” 一些物理学家已经预测,当模拟黑洞形成内部视界时,其发射的辐射会变得更强。有趣的是,这正是Technion研究人员创建的模拟黑洞中发生的情况。因此,这项研究可能会激发其他物理学家研究内部视界的形成对黑洞霍金辐射强度的影响。 点击:查看更多物理文章 查看更多关于太空探索文章 使用双语译文翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于:phys
2021-02-20 18:24:31
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接近地球的电子如何达到几乎光速?
How do electrons close to Earth reach almost the speed of light?接近地球的电子如何达到几乎光速? by Helmholtz Association of German Research Centres亥姆霍兹德国研究中心协会The contours in color show the intensities of the radiation belts. Grey lines show the trajectories of the relativistic electrons in the radiation belts. Concentric circular lines show the trajectory of scientific satellites traversing this dangerous region in space. Credit: Ingo Michaelis and Yuri Shprits, GFZ颜色轮廓显示了辐射带的强度。灰线显示了辐射带中相对论电子的轨迹。同心圆线表
2021-02-04 17:53:30
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研究人员构建了比钢强的分子纳米纤维
麻省理工学院的 史蒂夫·纳迪斯(Steve Nadis)麻省理工学院的研究人员设计了添加水时能自发形成纳米带的小分子。这些分子在设计中包括一个由凯夫拉尔启发的“芳族聚酰胺”结构域,该结构域将每个分子固定在适当的位置,并产生比钢强的纳米带。此图描绘了三个凯夫拉尔启发的“芳族聚酰胺两亲”纳米带。信用:彼得·艾伦 自组装在自然世界中无处不在,是在每个生物体内形成有组织结构的途径。例如,当两条DNA链没有任何外部刺激或引导时结合形成双螺旋,或者当大量分子结合形成膜或其他重要的细胞结构时,就可以看到这种现象。一切都应运而生,而一个看不见的建筑商则不必一次将所有零件放在一起。在过去的几十年中,科学家和工程师一直在遵循自然界的先驱,设计能够在水中组装的分子,其目的是制造纳米结构,主要用于生物医学应用,例如药物输送或组织工程。麻省理工学院材料科学与工程系(DMSE)助理教授茱莉亚·奥托尼(Julia Ortony)解释说:“这些基于小分子的材料往往会很快降解,而且它们也是化学不稳定的。除去水,特别是当施加任何种类的外力时。”但是,她和她的团队设计了一种新型的小分子,它们以前所未有的强度自发组装成纳米带,将其结构保留在水外。Ortony及其合著者在1月21日的《自然纳米技术》中描述了这项多年努力的结果,可以激发广泛的应用。“这一开创性的工作通过高度受控的自组装产生了异常的机械性能,应该对该领域产生重大影响。”理化学研究所新兴物质科学中心副主任兼该化学和生物技术教授Taidako Aida教授断言。未参与研究的东京大学。MIT小组构建的材料(或更确切地说,允许其自身构建)是在细胞膜之后建模的。它的外部是“亲水的”,这意味着它喜欢在水中,而内部是“疏水的”,这意味着它要避免进水。Ortony评论说,这种构型“为自组装提供了驱动力”,因为分子的取向使其自身最小化了疏水区域与水之间的相互作用,因此呈纳米级形状。在这种情况下,形状是由水赋予的,通常整个结构在干燥时会塌陷。但是Ortony和她的同事们提出了一个防止这种情况发生的计划。当分子松散地结合在一起时,它们像流体一样快速移动。随着分子间力的强度增加,运动变慢并且分子呈固态。Ortony解释说,这个想法是“通过对单个分子进行小的修饰来减缓分子运动,这可能导致纳米结构性质的集体变化,并希望是戏剧性的变化。”博士Ty Christoff-Tempesta指出,减慢分子速度的一种方法。学生和该论文的第一作者,“是要使它们彼此之间的结合比在生物系统中更牢固。” 当密集的氢键网络将这些分子连接在一起时,就可以实现这一点。Christoff-Tempesta说:“这就是使像凯夫拉尔纤维那样的材料具有化学稳定性和强度的原因,这种材料由所谓的'芳族聚酰胺'构成。”Ortony的团队将这种能力纳入了其分子设计中,该分子具有三个主要成分:一个喜欢与水相互作用的外部部分,一个用于结合的芳族聚酰胺以及一个对水有强烈厌恶感的内部部分。研究人员测试了数十种满足这些标准的分子,然后发现了导致纳米级厚度的长条带的设计。然后,作者测量了纳米带的强度和刚度,以了解包括分子之间的芳纶样相互作用的影响。他们发现纳米带出奇的坚固-实际上比钢还要坚固。这一发现使作者想知道纳米带是否可以捆绑以生产稳定的宏观材料。Ortony的小组设计了一种策略,将对齐的纳米带拉成可以干燥和处理的长线。值得注意的是,Ortony的团队表明,这些线可以承受自身重量的200倍,并且具有非常高的表面积-每克材料200平方米。Christoff-Tempesta解释说:“这种高的表面质量比为通过减少化学物质而进行更多化学反应提供了使技术小型化的希望。” 为此,他们已经开发出纳米带,其表面涂有可以将重金属(例如铅或砷)从污染水中拉出的分子。对于Ortony而言,他们仍然能够实现其最初的研究目标“调整物质的内部状态以创建异常强大的分子纳米结构”仍然感到惊讶。事情很容易就相反了。这些材料可能被证明是杂乱无章的,或者它们的结构像它们的前辈一样脆弱,只能滞留在水中。但是,她说:“我们很高兴看到我们对分子结构的修饰确实被分子的集体行为所放大,从而创建了具有极其强大的机械性能的纳米结构。下一步,找出最重要的应用,将是令人兴奋的。” 推荐文献文章:切口深度比对钢纤维混凝土开裂后行为的影响点击:查看更多物理学文章 查看其它分类文章 使用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-02-03 20:22:11
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​物理学家为单光子开发了创纪录的光源
Physicists develop record-breaking source for single photons物理学家为单光子开发了创纪录的光源by University of Basel巴塞尔大学The new single-photon source is based on excitation of a quantum dot (shown as a bulge on the bottom left), which then emits photons. A micro-cavity ensures that the photons are guided into an optical fiber and emerge at its end. Credit: University of Basel, Department of Physics新的单光子源基于量子点的激发(在左下角显示为凸起),然后发射光子。微腔确保将光子导入光纤并在其末端出射。图片来源:巴塞尔大学物理系 Researchers at the University of Basel and Ruhr University Bochum have developed a source of single photons that can produce billions of these quantum particles per second. With its record- breaking efficiency, the photon source represents a new and powerful building-block for quantum technologies.巴塞尔大学和波鸿鲁尔大学的研究人员已经开发出一种单光子源,每秒可以产生数十亿个这样的量子粒子。光子源凭借其破纪录的效率,代表了量子技术的一个强大的新组成部分。Quantum cryptography promises absolutely secure communications. A key component here are strings of single photons. Information can be stored in the quantum states of these light particles and transmitted over long distances. In the future, remote quantum processors will communicate with each other via single photons. And perhaps the processor itself will use photons as quantum bits for computing.量子密码术保证绝对安全的通信。这里的关键组件是单光子串。信息可以存储在这些光粒子的量子状态中,并可以长距离传输。将来,远程量子处理器将通过单个光子相互通信。也许处理器本身将使用光子作为计算的量子位。A basic prerequisite for such applications, however, is an efficient source of single photons. A research team led by Professor Richard Warburton, Natasha Tomm and Dr. Alisa Javadi from the University of Basel, together with colleagues from Bochum, now reports in the journal Nature Nanotechnology on the development of a single-photon source that significantly surpasses previously known systems in terms of efficiency.但是,此类应用的基本先决条件是有效的单光子源。由巴塞尔大学的Richard Warburton教授,Natasha Tomm和Alisa Javadi博士以及Bochum的同事领导的研究小组现在在《自然纳米技术》杂志上报道了单光子源的发展,该光子源的发展大大超越了先前已知的系统在效率方面。 "Funnel" guides light particles“漏斗”引导轻粒子Each photon is created by exciting a single "artificial atom" (a quantum dot) inside a semiconductor. Usually, these photons leave the quantum dot in all possible directions and thus a large fraction is lost. In the photon source now presented, the researchers have solved this problem by positioning the quantum dot inside a "funnel" to send all photons in a specific direction.通过激发半导体内部的单个“人工原子”(量子点)来创建每个光子。通常,这些光子在所有可能的方向上离开量子点,因此损失了很大一部分。在现在提出的光子源中,研究人员通过将量子点放置在“漏斗”中以将所有光子按特定方向发送来解决了这个问题。The funnel is a novel micro-cavity that represents the real innovation of the research team: The micro-cavity captures almost all of the photons and then directs them into an optical fiber. The photons, each about two centimeters long, emerge at the end of an optical fiber.漏斗是一种新颖的微腔,代表了研究团队的真正创新:微腔捕获几乎所有的光子,然后将它们引导到光纤中。每个大约两厘米长的光子出现在光纤的末端。The efficiency of the entire system—that is, the probability that excitation of the quantum dot actually results in a usable photon—is 57 percent, more than double that of previous single- photon sources. "This is a really special moment," explains lead author Richard Warburton. "We've known for a year or two what's possible in principle. Now we've succeeded in putting our ideas into practice."整个系统的效率(即量子点的激发实际上产生可用光子的概率)为57%,是以前的单光子源的两倍以上。主要作者理查德·沃伯顿(Richard Warburton)解释说:“这是一个非常特殊的时刻。 “我们已经知道原则上可能的一两年了。现在我们已经成功地将我们的想法付诸实践。” Enormous increase in computing power极大地提高了计算能力The increase in efficiency has significant consequences, Warburton adds: "increasing the efficiency of single photon creation by a factor of two adds up to an overall improvement of a factor of one million for a string of, say, 20 photons. In the future, we'd like to make our single- photon source even better: We'd like to simplify it and pursue some of its myriad applications in quantum cryptography, quantum computing and other technologies."Warburton补充说,效率的提高将产生重大后果:“将单个光子的创建效率提高两倍,一串20个光子的总效率将提高一百万。在未来,我们希望使我们的单光子源更好:我们希望简化它,并在量子密码学,量子计算和其他技术中追求其无数的应用。”点击:查看更多物理学文章 查看更多分类文章 使用双语译文翻译免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:Phys
2021-02-03 20:16:05
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碳的压力是地球核心压力的5倍,打破了晶体形成记录
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的 布雷安娜·毕晓普(Breanna Bishop) 艺术家绘制的55 Cancri e(富含碳的系外行星)的渲染图。在实验室环境中,通过NIF的发现科学计划进行的实验首次达到了与了解占据这些系外行星内部碳的结构有关的极端压力。图片来源:ESA / Hubble / M。康美瑟 碳是宇宙中第四大最丰富的元素,是所有已知生命的基石,也是位于富含碳的系外行星内部的一种物质。几十年来,科学家的大量研究表明,碳的晶体结构对其性能具有重大影响。除了在常压下发现的最常见的碳结构即石墨和金刚石外,科学家还预测了在高于1000吉帕斯卡(GPa)的压力下可以发现的几种新碳结构。这些压力大约是地球核心压力的2.5倍,与模拟系外行星内部有关,但在实验室中无法实现。也就是说,直到现在。根据发现科学计划,学术科学家可以使用LLNL的旗舰国家点火装置(NIF),由LLNL和牛津大学领导的国际研究人员团队成功地测量了压力达到2,000 GPa(地球压力的5倍)的碳。芯),几乎是直接探测晶体结构的最大压力的两倍。该结果今天在《自然》杂志上发表。LLNL物理学家艾米·
2021-01-29 19:25:31
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引导单个离子通过Bose-Einstein冷凝物
Researchers guide a single ion through a Bose-Einstein condensate研究人员引导单个离子通过Bose-Einstein冷凝物by University of Stuttgart斯图加特大学The path of the positively charged ion (yellow) through the BEC (green) can still only be depicted artistically. An ion microscope currently being developed at the Fifth Institute of Physics at the University of Stuttgart will make this path directly visible with a resolution of less than 200 nanometers. Credit: University of Stuttgart/PI5, Celina Brandes 带正电的离子(黄
2021-01-26 19:46:24
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破纪录激光链路可为国际射电中心提供爱因斯坦理论检验
Record-breaking laser link could provide test of Einstein's theory by International Centre for Radio Astronomy Research打破纪录的激光链路可以为国际射电天文学研究中心提供爱因斯坦理论的检验由国际射电天文学研究中心提供 UWA's rooftop observatory. Credit: ICRAR西澳大学的屋顶天文台。信用:ICRAR Scientists from the International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) and the University of Western Australia (UWA) have set a world record for the most stable transmission of a laser signal through the atmosphere.国际射电天文学研究中心(ICRAR)和西澳大利亚大学(UWA)的科学家为激光信号在大气中的最稳定传输创造了世界纪录。In a study published today in the journal Nature Communications, Australian researchers teamed up with researchers from the French National Centre for Space Studies (CNES) and the French metrology lab Systèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE) at Paris Observatory.在今天发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中,澳大利亚研究人员与来自法国国家太空研究中心(CNES)和法国巴黎天文台空间实验室SystèmesdeRéférenceTemps-Espace(SYRTE)的研究人员合作。The team set the world record for the most stable laser transmission by combining the Aussies' phase stabilization technology with advanced self-guiding optical terminals. Together, these technologies allowed laser signals to be sent from one point to another without interference from the atmosphere.该团队结合了澳大利亚的相位稳定技术和先进的自导光学终端,创造了最稳定的激光传输世界纪录。这些技术一起使激光信号可以从一个点发送到另一点,而不受大气干扰。Lead author Benjamin Dix-Matthews, a Ph.D. student at ICRAR and UWA, said the technique effectively eliminates atmospheric turbulence. "We can correct for atmospheric turbulence in 3-D, that is, left-right, up-down and, critically, along the line of flight," he said. "It's as if the moving atmosphere has been removed and doesn't exist. It allows us to send highly stable laser signals through the atmosphere while retaining the quality of the original signal."主要作者本杰明·迪克斯·马修斯(Benjamin Dix-Matthews),博士学位。 ICRAR和UWA的一名学生说,该技术有效地消除了大气湍流。他说:“我们可以校正3-D的大气湍流,即左右,上下,关键是沿着飞行路线。” “好像移动的气氛已经被去除并且不存在。它使我们能够通过大气发送高度稳定的激光信号,同时保持原始信号的质量。”The result is the world's most precise method for comparing the flow of time between two separate locations using a laser system transmitted through the atmosphere.结果是世界上最精确的方法,它使用通过大气传输的激光系统比较两个单独位置之间的时间流。One of the self-guiding optical terminals on its telescope mount on the roof of a building at the CNES campus in Toulouse. Credit: ICRAR/ UWA望远镜上的一个自导光学终端安装在图卢兹CNES校园的一栋建筑物的屋顶上。信用:ICRAR / UWAICRAR-UWA senior researcher Dr. Sascha Schediwy said the research has exciting applications. "If you have one of these optical terminals on the ground and another on a satellite in space, then you can start to explore fundamental physics," he said. "Everything from testing Einstein's theory of general relativity more precisely than ever before, to discovering if fundamental physical constants change over time."ICRAR-UWA高级研究员Sascha Schediwy博士说,这项研究具有令人兴奋的应用。他说:“如果将这些光学终端中的一个放置在地面上,将另一个放置在太空中,则可以开始探索基本物理原理。” “从比以往任何时候都更精确地测试爱因斯坦的广义相对论,到发现基本物理常数是否随时间变化的一切。”The technology's precise measurements also have practical uses in earth science and geophysics. "For instance, this technology could improve satellite-based studies of how the water table changes over time, or to look for ore deposits underground," Dr. Schediwy said.该技术的精确测量在地球科学和地球物理学中也有实际应用。 Schediwy博士说:“例如,这项技术可以改善基于卫星的地下水位随时间变化的研究,或者寻找地下的矿床。”There are further potential benefits for optical communications, an emerging field that uses light to carry information. Optical communications can securely transmit data between satellites and Earth with much higher data rates than current radio communications.光通信还有一个潜在的好处,光通信是一个新兴的领域,使用光来承载信息。光通信可以安全地在卫星和地球之间传输数据,其数据速率比当前的无线电通信要高得多。"Our technology could help us increase the data rate from satellites to ground by orders of magnitude," Dr. Schediwy said. "The next generation of big data-gathering satellites would be able to get critical information to the ground faster."Schediwy博士说:“我们的技术可以帮助我们将卫星到地面的数据速率提高几个数量级。” “下一代大数据收集卫星将能够更快地将关键信息传递到地面。”The phase stabilization technology behind the record-breaking link was originally developed to synchronize incoming signals for the Square Kilometer Array telescope. The multi-billion-dollar telescope is set to be built in Western Australia and South Africa from 2021.打破记录的链路背后的相位稳定技术最初是为了使平方公里阵列望远镜的输入信号同步而开发的。这项价值数十亿美元的望远镜将于2021年在西澳大利亚和南非建造。 点击:查看更多物理学文章 查看更多双语译文文章 免费试用文档翻译功能 免责声明:福昕翻译只充当翻译功能,此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的,仅代表作者个人观点,与本网站无关,版权归原始网站所有。仅供读者参考,并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等,请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于:phys
2021-01-25 19:56:48
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超导体中的光控希格斯模式;电位传感器,计算用途
Light-controlled Higgs modes found in superconductors; potential sensor, computing uses超导体中的光控希格斯模式;电位传感器,计算用途by Iowa State University爱荷华州立大学This illustration shows light at trillions of pulses per second (red flash) accessing and controlling Higgs modes (gold balls) in an iron- based superconductor. Even at different energy bands, the Higgs modes interact with each other (white smoke). Credit: Illustration courtesy of Jigang Wang.该图显示了以铁为基础的超导体中每秒访问和控制希格斯模式(金球)的每秒万亿个脉冲的光(红色闪光)。即使在不同的能带
2021-01-23 17:00:01
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