锂氟化物电子态非绝热耦合对光谱与预解离寿命的影响研究
本研究通过高精度从头算方法，系统计算了锂氟化物（LiF）在基态和第一激发电子态下的绝热势能面与非绝热耦合。通过构建双态相互作用模型，精确描述了高达7800 cm⁻¹的振动-转动能级、共振态位置及预解离寿命。计算得到的跃迁频率与实验数据高度吻合（标准偏差低至0.0009 cm⁻¹），并提供了涵盖高振动量子数（v≤50）和转动量子数（J≤200）的完整谱线列表，为天体物理和分子光谱学提供了关键数据。
2025-12-03 速览 · 物理学
2025-12-03 共 24 条抓取，按综合热度排序
云平台实现视网膜毛细血管血流与靶向药物递送的大规模模拟
本研究探索了利用云计算平台进行大规模、强耦合生物流体模拟的可行性，传统上此类模拟依赖于超级计算中心。团队在公共云上实现了可扩展且高效的模拟，利用耗散粒子动力学方法，在图像重建的视网膜毛细血管中模拟了血流及人工细菌鞭毛的靶向药物递送。结果显示，Mirheo和LAMMPS两种软件框架在云平台上均展现出优异的弱可扩展性，其中LAMMPS在多达2000个核心上仍能保持90%以上的扩展效率。
MoRSAIK：用于模拟RNA序列演化与生命起源研究的Python工具包
研究团队开发了MoRSAIK Python软件包，用于模拟和分析RNA序列基序在化学反应器中的动力学过程。该工具基于平均场近似模拟RNA短链的杂交、连接等反应，并利用贝叶斯方法从实验数据中推断反应参数。它通过追踪特定长度内的所有序列基序浓度，间接模拟更长RNA链的演化，为研究生命起源中信息如何从随机化学池中涌现提供了高效的计算框架。
AlGaAs折射率低温测量新方法助力量子光子器件设计
本研究提出了一种实验方法，精确测定了AlGaAs材料在4K至300K温度区间、500-1100nm波长范围内的折射率。该方法通过分析嵌入金镜微腔中的AlGaAs薄膜共振光谱，结合改进的Varshni和Paessler模型以及时域有限差分模拟，获得了与实验数据高度吻合（R²=0.993）的解析表达式。该成果为在低温下、靠近带隙边缘精确设计量子光源等微纳光子器件提供了关键工具，且方法可推广至其他半导体体系。
双曲色散傅里叶变换揭示极端各向异性材料中的波传播新原理
本研究针对极端各向异性天然材料与人工复合材料中的波双曲性，推导并分析了双曲色散关系的傅里叶变换性质，揭示了局域发射源在双曲介质中的辐射特性。研究提出了双曲波的广义惠更斯原理，阐明了负折射与聚焦效应的物理联系，并指出了极化激元成像中的混叠伪影现象。该分析为模拟极端各向异性材料中的极化激元传播提供了解析工具，其应用可拓展至天体物理学与地震学等多个物理平台。
确定性构建网络模型中的典型状态，评估真实网络与模型的匹配度
研究提出了一种在满足特定条件的广义正则系综及其随机混合中，确定性构建“最典型状态”的方法。该方法通过多轮去随机化程序实现，其中部分程序涉及点过程的去随机化。研究以确定性双曲图网络模型为例，展示了如何构建其最典型网络，并应用于真实网络分析，发现许多真实网络接近模型中的最典型网络。该框架通用性强，适用于满足特定条件的各类广义正则系综。
Geant4模型揭示卫星太阳能电池辐射损伤机制
本研究开发了一个Geant4蒙特卡洛模型，用于模拟电子、质子和X射线环境下卫星太阳能电池材料中的电荷与能量沉积。模型经过实验与计算基准验证，结果吻合良好。分析表明，低能X射线主要损伤表面层，而高能粒子则能穿透至半导体和衬底层，威胁电子元件安全。该研究强调了针对不同辐射类型设计防护策略对空间太阳能电池的重要性。
零压力梯度湍流边界层在粗糙度突变下的响应模拟研究
本研究通过数值模拟，探究了零压力梯度湍流边界层在壁面由光滑突变为三角形沟槽（S-R）及反向突变（R-S）时的响应与松弛过程。研究开发了一种适用于非结构谱元法的新网格生成方法，以匹配边界层内湍流尺度。结果表明，从沟槽到光滑壁的突变后，内部平衡层厚度在12倍初始厚度内达到0.4倍初始厚度；而反向突变仅需4倍距离。在所有情况下，由于冻结尾流区的持续历史效应，内部平衡层厚度在突变下游45倍初始厚度内均未达到边界层总厚度。
三角形肋条对分离湍流边界层的影响研究
本研究通过直接数值模拟，分析了90°和60°三角形肋条对分离湍流边界层的影响。研究发现，两种肋条均使平均分离位置提前至参考位置下游140θ₀处，相比光滑壁面情况（170θ₀）缩短了18%。这一现象与逆压梯度持续增强下Kelvin-Helmholtz涡旋的强化有关，该涡旋以更大的尺寸和相干性穿透湍流分离泡。研究揭示了肋条几何形状对流动分离控制的潜在机制。
利用辅助场方法量化自旋2粒子及其对水星进动的影响
本研究采用辅助场方法，对具有质量和无质量的自旋2粒子进行了量子化。重点探讨了所谓的vDVZ不连续性问题，即在树图近似下，具有质量的引力子模型是否与水星等天体的近日点进动观测数据相符。研究发现，对于一个包含虚标量鬼粒子且引力子质量很小的引力模型，其理论预测与观测结果是一致的。
从庞加莱不变性推导规范理论：杨-米尔斯与广义相对论的统一框架
本文基于两个核心原理：普适场方程与福克-伊万年科协变导数。前者给出了任意自旋自由场的运动方程，并揭示在无质量情况下，张量场的洛伦兹变换会额外产生规范变换项。后者则基于内禀群与庞加莱群引入相互作用。这一框架不仅完整地重建了杨-米尔斯理论，还导出了基于联络表述的帕拉蒂尼与阿什特卡形式的广义相对论，二者均为局域规范对称理论。不同于从物质作用量对称性出发的传统方法，本研究直接从庞加莱不变性推导动力学，表明自由场的洛伦兹不变性诱导了无质量张量的规范对称性。
CP破坏非线性电动力学修正黑体辐射热力学定律
本研究基于有效场论思想，系统探讨了CP破坏非线性电动力学模型的双重效应。一方面，揭示了在磁场背景下真空呈现双各向异性行为；另一方面，建立了低温光子热力学的普适形式，量化了其对能量、压强、熵、比热等热力学量的标准值的偏离，并分析了其对普朗克分布和斯特藩-玻尔兹曼定律的修正。
数值求解液-气两相等熵流模型的黎曼问题
本研究对Chun Shen提出的液-气两相流模型进行了数值求解。该模型用于描述液态水载体中浸没水泡的动力学。在一维时空坐标系下，通过Python编程框架，对多个黎曼型初值问题进行了数值求解。研究比较了三种有限差分格式（Lax-Friedrichs、Lax-Wendroff和FORCE）的性能，其中FORCE格式具有总变差减小和单调性，不会产生振荡。数值解由光滑剖面、激波和稀疏波的组合构成。
非洲航空连通性分析：本土航司主导市场但网络灵活性不足
本研究通过分析2016-2022年非洲267个城市间的航线座位容量数据，应用扩展的多重离散-连续选择模型，揭示了非洲航空市场的结构特征。研究发现，非洲本土航司在非洲内部旅行中提供了最佳连通性，但其航线网络灵活性较低，且存在明显的对本国航司的优待。尽管有《亚穆苏克罗决定》等自由化政策，但结构性和监管壁垒依然制约着非洲内部的航空连通性，跨境合作与竞争的缺乏限制了高效一体化航空市场的形成，进而影响了更广泛的经济增长。
引力如何影响量子叠加态？波包扩散揭示新关联
本研究通过波包扩散过程探索引力与量子力学的关系。作者将德布罗意波长用康普顿波长表示，并用米歇尔-拉普拉斯半径 Gm/c² 替代，研究质量大于普朗克质量的球状物体。在球坐标中分析波包宽度 σ(t) 的扩散，发现大质量物体导致更快的扩散速率，且该过程仅能被自由落体观测者探测。不同观测者会测得不同的扩散率，表明引力源处于量子叠加态。
信息与能量的本质关联：澄清布里渊负熵定律与兰道尔擦除定律的混淆
本文辨析了描述信息与能量关系的两大理论：基于克劳修斯不等式和香农数学理论的布里渊负熵定律，以及基于信息需要物质载体（数据位）这一简单观念的兰道尔擦除定律。研究指出，兰道尔定律源于将信息（一个全局涌现概念）与数据（局部物质对象）相混淆，这导致了诸多不一致性，并与热力学和信息论相悖。文章认为，该混淆盛行源于唯物主义常倾向于还原论，忽视了涌现性并试图消除观察者的角色。信息与熵本质上是理论中通过约定引入的涌现量。
集合预报可靠性诊断存在缺陷，传统指标可能误导评估
研究表明，集合预报中常用的“离散度-误差”相等性和秩直方图平坦性，虽然是可靠性的必要条件，但并非充分条件。即使在无平均偏差的情况下，这些指标也可能给出错误的可靠性诊断。研究通过理论分析和理想化实验证明，当集合均值与气候态存在显著差异时，传统方法会误判集合的离散度状况（完美离散或离散不足）。误判可能导致不当的模式调优，反而损害预报质量。为此，研究者提出了一个新的可靠性诊断方法，基于三个易于计算的统计量，能够区分气候态和可预报性对不可靠性的贡献，从而更精确、稳健地刻画集合预报行为。
Nb3Sn超导磁体中发现电磁瞬态现象与线圈滑移运动
研究人员在测试SMCTM1应力管理余弦-θ偶极子镜像磁体时，观察到一种新的电磁瞬态现象。在磁体失超前，半线圈电压抽头出现大幅电压尖峰，同时新增的差分电流探头检测到快速、显著的电流变化。分析表明，这可能是由线圈运动引起的。研究者建立了一个基于内外层线圈相对位移的简单模型，其预测的位移量与磁体约束条件下的估计值相符。该行为被证明是可逆的，并具有“粘滑”运动的特征。
逆设计单片透镜实现可见光到长波红外超宽带成像
研究人员通过逆设计方法，制造出一种溴化钾单片透镜，首次实现了从0.45微米（可见光）到14微米（长波红外）的超宽带、近消色差聚焦，其相对带宽接近理论极限。该透镜焦距在整个波段内几乎恒定，为高光谱成像、中红外显微、超分辨成像及多波段遥感等应用提供了单一、紧凑的平台。结合可扩展制造，该技术有望推动生物医学、环境监测和空间传感等领域超宽带成像设备的广泛应用。
基于增益管理非线性与啁啾脉冲放大的Mamyshev振荡器实现
本研究首次实验演示了一种结合增益管理非线性与啁啾脉冲放大的新型Mamyshev振荡器。其创新点在于，增益管理非线性区域在一条臂中充当种子源而非功率放大器，而另一条臂则通过啁啾脉冲放大实现了超过300nJ的脉冲能量输出。该配置为设计高能量超快激光器提供了一种新途径。
费米实验室IOTA加速器质子束动力学研究：空间电荷效应限制束流寿命
本研究利用费米实验室的积分光学测试加速器（IOTA），分析了2.5 MeV质子束在两种不同晶格配置下的动力学行为。报告重点评估了束流强度对横向发射度增长率的影响，量化了残余气体散射、束内散射和空间电荷效应的贡献。计算表明，在当前真空条件下，低强度束流寿命预计不足7分钟，而高强度下因强空间电荷效应，寿命将少于10万圈。这些结果为未来抑制发射度增长、优化IOTA实验策略提供了关键指导。
新型热噪声抑制方法实现宽带低幅电子温度涨落测量
研究人员开发了一种用于聚变等离子体测量的新分析方法，能够利用单个辐射计通道测量宽带、低幅度的湍流电子温度涨落。该方法利用了热噪声与等离子体涨落相关时间的差异，在ASDEX Upgrade托卡马克装置上，通过与传统双通道方法的对比，验证了其在L、I、H等多种约束模式等离子体芯部和边缘测量的有效性。
薄流体层中混合对流触发的不稳定性机制研究
本研究通过三维初始值和二维特征值计算，探究了具有矩形截面的无限薄流体层在对流不稳定性下的行为。研究发现，不稳定性阈值随纵横比减小而降低，遵循εf⁻¹的幂律关系。主导的三维模式表现为附着在域边缘的两个横向驻波，其频率和波数被表征为瑞利数和纵横比的函数。基于解析基态进行的局部分析揭示了振荡横向不稳定性，其最不稳定模式的源项源于垂直剪切与水平温度梯度之间的相互作用。
液滴撞击超疏水表面时产生新型奇异射流
本研究通过实验和理论分析，在液滴撞击超疏水表面的过程中，发现并定义了一种新型的奇异射流——由水平惯性驱动的奇异射流，区别于此前已知的由毛细变形驱动的奇异射流。研究揭示了两种射流不同的空腔形成机制，并定量分析了撞击过程中的关键步骤，最终绘制了奇异射流形成的状态图，为理解液滴撞击动力学及控制液体分散传输提供了新见解。