ince the pioneering measurements of Robert Hofstadter and co-workers in the 1950s, it has been known that atomic nuclei are not point-like particles but have a finite size on the femtometer scale-about 10,000 times smaller than the atomic radius [1].That Nobel Prize winning research revealed the internal structures and distinct spatial electric charge distributions of nuclei by directing high-energy beams of electrons from an accelerator toward the target materials and examining the directions in which the electrons were deflected.At the RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in Japan researchers have, for the first time, observed such electron scattering from radioisotopes that do not occur

标准模型预言中微子没有质量,但从中微子振荡实验知道,它们一定是有质量的.特别是,为使中微子在它们的三种"味"之间振荡,它们的平方质量差必须不为零.振荡数据表明,至少有一种中微子态的质量必须约大于50 meV,但是观测结果没有告诉我们这3种态中哪一种最重(数据容许有两种可能的质量顺序,称为"正常的"和"反转的").

简单地将两个空的锡罐用一根长线连接起来,一个人把一个罐子放在耳朵上,就可以听到另一个人对着另一端罐子的轻声说话,一根简单的线可以使声音传播得比在空气中还远.两个新的实验演示了一种类似的方法,用一条细导线连接两个被陷俘在相距一定距离上的离子,使得这两个离子可以在比直接相互作用范围远一千倍的距离上彼此感知.陷俘带电粒子是很困难的,这是因为电磁对称性不容许静态的三维限制势.但是一些精妙的实验已表明,可以使用动态变化势来陷俘带电粒子.

希格斯粒子的质量与地球轨道的椭圆度都比它们的理论估计值小几个数量级.这似乎是两个更大的量经过微调而抵消所造成的.粒子物理有两个最有趣的微调难题:希格斯玻色子的质量和宇宙常数.长期以来,人们一直认为粒子物理的微调可能与新的对称性有关,如难以解释的超对称性,或者与统计参数有关——我们微调的宇宙只是许多可能的多重宇宙之一.

新粒子可在高能粒子碰撞中直接产生,另一种寻找新粒子的途径则涉及量子力学过程.在这个过程中,一个粒子转变成自己的反粒子,然后再转回来.这种现象称为混合,可以在中性介子中发生,首先于1950年在K0介子中被观测到.混合会受到介子振荡过程中耦合到的其他粒子的影响,从而可能发现这些粒子.

在示意图中,用一个球中随机放置的彩球描绘核中的质子和中子.实际上,重核中的中子多于质子,中子被向外排斥.在重核的最外层,中子形成一层薄的"皮".最近,在美国弗吉尼亚的托马斯·杰弗逊国家加速器装置上的铅半径实验(PREX)合作组确定了铅-208中子皮的厚度,铅-208是中子比质子多44个的稳定同位素.这项工作研究的问题与自然界全部4种基本相互作用以及中子星结构有关,并将对多信使天文学及粒子物理产生深远影响.

以高效益低成本生产更多可再生能源的方法,在应对气候变化方面至关重要.新的模拟表明,防风墙,如墙壁或成排的树木,可以将风电场的功率提高10％.但先前的工作表明,防风墙可使单个的涡轮机提高功率,对于大型风电场其效果相反.这项新的工作首次模拟具有防风墙的真实风电场,参加研究的人员希望他们的工作将提高实际风电场的效率.

The large-area silicon photodiode PIN is one of the candidates for the lead tungstenate photon detector readout in the large heavy ion collision experiment ALICE. The PIN-diode was assembled with the lead tungstate crystal and a low-noise preamplifier into a complete detector unit. A beam test of a 5 $$\times $$ 5 detector unit matrix was carried out on the SPS accelerator at CERN. The energy resolution was measured with the electron beam energy ranging from 5 to 40 GeV. The summation correction method was implemented, and an excellent linearity of the signal peak value of the detector versus the nominal beam energy was obtained. In addition, a preliminary study of the punch-through effect in the high energy range was performed. A bulge of high-energy signals was identified at beam energies above 10 GeV, but only accounting for less than 1% of the accumulated statistics. Considering the mean energy of the excess is twice large than the regular signal, it was probably mainly due to the accumulation caused by two electrons hitting the detector at the same time, rather than the punch-through effect.

每年约有1亿颗恒星诞生,又有同样多的恒星死亡.为了弄清恒星的生命周期,核物理学家与天体物理学家合作揭示了在恒星内部发生的物理过程.质量为太阳质量7—11倍的中等质量恒星,会经过两种不同的路径死亡:热核爆炸或引力坍缩.至于经过哪条路径,决定于恒星内氧核熔合时的状态.研究人员首次测量了氟到氖的稀有核衰变.这是了解中等质量恒星命运的关键.恒星的演化和命运强烈依赖于其诞生时的质量.

发现自然界的极限是物理研究的主要目标.具有一定数量质子的原子核中,可以加入的中子数是有极限的,超出极限,核不能保持束缚状态,中子就会"滴落".这种极限,称为中子滴线. 以前,只对118种已知元素中的8种最轻的元素测量了中子滴线.测量更重元素的中子滴线,除了可以绘制核素图的边界,还将挑战我们关于决定这些奇异核结构的基本作用力的认识.例如,实验表明在非常富中子的核中,对于中子数(N)来说,16是一个"幻数",具有N=16的同位素是非常稳定的.

现今最精确的钟,以原子在光学波段的超窄电子跃迁所确定的频率为标准.光学原子钟的精度为1018分之一,也就是说,这些钟在宇宙年龄那么长的时间内只会差1秒.原则上,更精确的钟可以使用核跃迁代替电子跃迁.由于原子核比原子的电子壳小得多,这样的"核光学钟"预计对外界的扰动更不敏感.

基于神经网络的机器学习模型是许多现代技术进步的基础,并被越来越多地用于解决物理问题. 神经网络是一种计算工具,其运行方式模仿人类的大脑.神经网络一般由多层相互连接的人工神经元组成.神经元之间的连接是加权重的,权重数可以是几百万到几十亿,构成网络的可调参数.神经网络的奇妙之处在于它们不需要通过编程来解决任务,而是通过例子进行学习,调节参数,使得输出结果不断改进.为了训练一个神经网络识别一张人脸,将同一人的许多不同的照片输入该网络.网络将改变连接的权重识别这张脸,直到其"识别的质量"足够可靠.经过训练的神经网络便可与这同一人的脸相匹配,并不需要用户提供人脸的特征信息.

两个巨大的黑洞以接近光速的速度相撞,以引力波的形式喷发出超过太阳的能量.科学家利用在具有几公里长臂的激光干涉仪中所产生的微小变形,观测几百万光年以外时空几何中的涟漪.为解释引力波信号需要对所观测到的波形有精确的理论预言,这种预言是通过解爱因斯坦场方程得到的.进一步的进展依赖于理论计算的重大改进,目前的理论预言对于2022年运行的升级探测器来说,可能不够精确.受到粒子物理的启发,即所有过程都约化为点粒子之间的散射.某些理论家开始通过研究两个黑洞相互接近,并被引力相互作用偏转的问题来研究双黑洞问题.在这样的框架上,法国高等科学研究所(IHES)的Thibault Damour及其同事在引力波理论预言方面取得重要进展.他们最新的工作表明,在一个黑洞比另一个黑洞质量小很多的空间极限情况下,散射问题的计算有捷径.

暗物质占宇宙物质的85％.天文学和宇宙学观测表明,暗物质影响着宇宙的演化,在星系的分布及宇宙大尺度结构中留下其印记.近来,意大利Turin大学的Ammazzal-orso、斯坦福大学的Daniel及其同事探测到了一种信号,可用来揭示暗物质的性质.研究团队将暗能量巡天(DES)与费米大面积望远镜(LAT)的观测结果相比较,发现引力透镜位置与γ射线位置之间重要的互关联.前者被认为跟踪暗物质,后者可能是暗物质自毁时发射的.虽然他们的数据表明,互关联主要来自另一类天体物理客体,但是部分来自暗物质的可能性依然存在.

来自宇宙的甚高能(VHE)粒子——γ射线或宇宙射线——与地球的大气层相互作用,产生很强的次级粒子与光子的大气簇射.测量这些次级产物,可以收集关于初始VHE粒子的信息,确定发生极强的粒子加速的天体物理位置,并可以解释宇宙射线的起源.首批进行这种测量的装置是大气簇射阵列,利用大面积的探测器(通常是闪烁体或水切连科夫探测器)阵列探测簇射中的粒子.通过测量大量地点的次级粒子密度和到达时间,估计入射初级粒子的能量和到来的方向,并确定这些粒子是γ射线光子还是宇宙射线.1989年Whipple 10米望远镜首次探测到1 TeV VHE γ射线源,即蟹状星云.Whipple是一台大气切连科夫望远镜,使用蝶形反射体俘获次级光子.蟹状星云是首先被探测到的射线源这一点并不惊奇.蟹状星云,公元1054年在地球上观测到的超新星爆炸的剩余物,是天文学研究得最多的射线源,在全波长上都有光发射.

研究导致宇宙加速膨胀的暗能量是当今宇宙学最重要的任务之一.物理学家通过对更广大的宇宙进行研究,对暗能量的性质做出限制.如今暗能量巡天(DES)用四种观测量作为探针:超新星、重子声学振荡、引力透镜和星系群集.多探针方法可使未来的研究将限制改进几个数量级,并可能破解暗能量之谜.

The Chinese large-area violet-light-sensitive silicon photodiode PIN is one of the candidates of the lead tungstate crystal detector readout component of the photon spectrometer in the large heavy ion collision experiment. The PIN diode was assembled with the lead tungstate crystal and the low-noise preamplifier into a complete detector unit. The beam test was carried out on the SPS accelerator at CERN. The energy resolution was measured with the electron beam energy ranging from 5 to 40 GeV. The summation correction method was discussed, and an excellent linearity of the nominal beam energy versus the peak position of the detector was obtained, which showed the punch-through effect can be ignored.

Chengbo Li , Xiaomei Li , Qiuying Meng , Jing Zhou , Shuhua Zhou , and Jian Yuan 2 Key Laboratory of Beam Technology of Ministry of Education, Beijing Radiation Center, Beijing 100875, China Department of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China and College of Nuclear Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China (Dated: November 12, 2019)

黑洞是用多种方法观察到的数量众多的奇异天体.我们看到物质落入黑洞,但是不知道物质到达黑洞中心时发生了什么. 宾夕法尼亚州立大学Abhay Ashtekar和Javier Olmedo以及路易斯安那州立大学Parampreet Singh指出,圈量子引力——对引力进行量子力学描述的一种理论——预言时空继续穿过黑洞的中心,进入一个未来新区域,该区域具有白洞内部的几何结构.白洞是黑洞的时间反演.在白洞中物质只能向外运动.我们对于黑洞物理的诸多方面一无所知,这是因为在黑洞的中心及黑洞的未来量子现象占主导.传统的广义相对论认为黑洞永远存在,黑洞的中心是一个时空终结的"奇点".这预言没有考虑量子效应.为计入量子效应,需要一个关于引力的量子理论,可对黑洞的量子行为进行计算.

在基本粒子物理的标准模型中,电荷—宇称(CP)对称性是严格遵守的,但在夸克之间的弱相互作用中是违反的.理论认为,在弱相互作用中CP对称性的破坏,可能使早期宇宙中产生的物质比反物质多.