physics
03-10 00:00
一项研究通过随机建模分析指出，特朗普政府提议的2026年联邦科研经费削减（最高达40%）将对美国研究型大学，特别是STEMM（科学、技术、工程、数学及医学）领域产生深远影响。模型基于波士顿大学等R1高校的支出数据（近似对数正态分布）预测，经费均等削减将导致近半数R1大学的超一半工科教师年研究支出低于10万美元，若经费向顶尖机构集中，这一比例将升至近60%。研究警告，这可能危及众多机构的科研质量与博士生培养，并探讨了应对策略。
科研经费高等教育政策影响随机建模stemm领域研究评估
physics
03-10 00:00
本研究将麦凯的量化方法应用于AI计算经济，将大语言模型的基本单位“令牌”定义为具有可测量热力学成本的物理量。结合兰道尔原理、香农信道容量和当前基础设施数据，构建了全球令牌生产的供需平衡表。研究推导出在物理、信息论和经济约束下，人类可向AI系统提出的有限“问题预算”：按当前效率，2028年美国AI能源分配（326 TWh）每年可支持约$6.5 \times 10^{17}$个令牌，即每人每天22.5万个令牌。研究指出，令牌预算的扩张无法解决更深层约束：在结构性不确定下，关键不是能回答多少问题，而是哪些问题值得提出——这是仅靠计算无法解决的代理与方向问题。
ai计算经济令牌热力学问题预算信息论约束能源效率结构性不确定
physics
03-10 00:00
针对大型强子对撞机CMS实验中因数据产生速率高而依赖硬件与软件触发系统筛选数据的挑战，本研究探索了利用图神经网络（GNN）进行μ子粒子动量估算。论文提出了两种图构建方法，并应用GNN模型以利用数据固有的图结构。结果表明，GNN在平均绝对误差（MAE）上优于TabNet等传统模型，能更有效地捕捉数据中的复杂依赖关系。同时，研究强调了节点特征维度对GNN效率的关键影响。
图神经网络粒子物理动量估算cms实验机器学习
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种基于贝叶斯潜在扩散模型的物理信息异常检测框架，用于粒子对撞机数据分析。该方法结合了概率编码器与潜在空间中的扩散动力学，实现了稳定灵活的密度估计，同时显式地强制执行物理约束（如质量去相关和潜在相关性正则化）。在模拟的LHC喷注数据上进行训练和测试，并使用种子平均ROC曲线及面向发现的指标评估性能。消融研究表明，扩散过程、贝叶斯正则化和物理驱动的损失项以互补方式共同作用，有助于稳定训练并提升泛化能力，即使在峰值性能提升有限的情况下也是如此。总体而言，结果强调了在为高能物理新物理搜索构建可靠的异常检测方法时，结合不确定性估计和物理一致性的重要性。
异常检测扩散模型贝叶斯方法高能物理物理约束机器学习
physics
03-10 00:00
本研究开发了一个机器学习框架，用于预测由Navier-Stokes-Brinkman方程控制的多孔介质稳态流动。研究对比了卷积自编码器、U-Net和傅里叶神经算子三种模型架构，并通过引入物理信息损失函数增强预测的物理一致性。结果表明，傅里叶神经算子表现最佳，其均方误差低至0.0017，且相比传统计算流体动力学方法，计算速度提升高达1000倍。其网格无关的特性尤其适用于需要不同网格分辨率的拓扑优化任务。
机器学习多孔介质流动傅里叶神经算子物理信息模型计算流体动力学拓扑优化
physics
03-10 00:00
本研究结合机器学习与电子结构理论，首次在显式溶剂化模型中完全解析了碳酸钙（CaCO₃）在水中的离子配对自由能。研究表明，要达到与实验的定量一致，必须超越标准密度泛函理论，采用“金标准”耦合簇理论[CCSD(T)]。通过构建一系列可系统改进的模型，研究可靠地揭示了钙离子与碳酸根离子在成核前的初始结合机制，并完全量化了焓和熵效应。这标志着对复杂水溶液体系进行CCSD(T)级别的热力学预测已成为可能。
量子化学热力学预测离子配对机器学习耦合簇理论溶液化学
physics
03-10 00:00
CYGNO/INITIUM项目团队首次在意大利格兰萨索国家实验室的地表压力（$900 \pm 7$ mbar）下，于He:CF$_4$:SF$_6$混合气体中，利用光学读出时间投影室（TPC）观测到负离子漂移（NID）。研究首次对NID状态下的光电倍增管波形进行分析，通过结合径迹几何与电荷传输的模型解读时间光模式。推断的漂移速度对应O(cm$^2$ V$^{-1}$ s$^{-1}$)量级的迁移率，与负离子传输一致。观测到的时间展宽均值与漂移距离的线性关系，揭示了除主导的SF$_6^-$外，还存在一种漂移速度快约25%的少数载流子群体。这些结果为面向稀有事件探测的大尺度、低扩散光学TPC开辟了道路。
负离子漂移时间投影室稀有事件探测光学读出粒子物理实验气体探测器
physics
03-10 00:00
本研究测量了Timepix4混合像素探测器在透射电镜事件驱动模式下，于100 kV和200 kV电压下的探测量子效率(DQE)和归一化噪声功率谱(NNPS)。在原始数据读出模式下，零频DQE在两种电压下均超过0.9。在奈奎斯特频率处，100 kV时DQE仍保持在0.2以上，而200 kV时则接近零。初步的平行束衍射实验表明，Timepix4在200 kV下能够探测到来自多晶金纳米颗粒样品、半角超过75 mrad的微弱衍射信息。
像素探测器探测量子效率透射电镜电子衍射噪声功率谱
physics
03-10 00:00
本研究开发了一种混合矩阵乘积态-层级运动方程（MPS-HEOM）方法，首次在静态和动态无序条件下，对从少数发射体到热力学极限的极化激元动力学进行了精确数值模拟。研究引入了一个收敛尺度 $N_T$，即光子动力学达到热力学极限所需的最小分子数，并发现动态无序比静态无序带来更大的计算挑战。研究揭示了无序通过抑制集体光-物质动力学，从而动态激活非集体自由度。此外，$N_T$ 随环境趋于马尔可夫性呈现转折行为，因为环境时间尺度调控着亮态到暗态的能量转移以及暗态和灰态的参与。因此，声子时间尺度同时控制着集体行为的瓦解和 $N_T$ 的增长。
极化激元热力学极限无序系统暗态声子调控集体行为
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种机器学习框架，用于学习分子和凝聚相系统中的双电子约化密度矩阵（2-RDM）。与通常仅预测能量或力的模型不同，学习2-RDM这一信息丰富的电子结构代理，可以从单一模型中预测任意单电子和双电子算符的期望值，无论电子关联强度如何。该方法为相关波函数方法（如组态相互作用和耦合簇）构建了高保真度的代理模型，其生成的2-RDM足以直接、无需额外训练地驱动能量守恒的分子动力学。通过利用2-RDM的多体展开，该框架能够将机器学习驱动的耦合簇精度电子结构计算扩展到大型溶剂化系统，例如以哈特里-福克方法的计算成本，实现了对500个水分子溶剂化葡萄糖的耦合簇级电子结构计算。
机器学习电子结构约化密度矩阵耦合簇方法分子动力学溶剂化效应
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种名为“提取模态追踪”（EMT）的数据分析框架，用于从时空测量数据中直接获取轴对称表面波模式的瞬时振幅和相位信息。该方法利用无监督机器学习技术直接从数据中提取波模式基函数，无需依赖边界条件的理论建模，从而绕过了未知边界条件带来的分析障碍。研究通过合成数据集系统验证了EMT的抗噪能力和准确性，并在对边界效应高度敏感的法拉第波实验中成功应用，为定量研究非线性波动力学、模式相互作用及湍流开辟了新途径。
表面波动力学无监督学习流体界面模态分析实验物理
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种基于原子系统自身的原位、微扰磁场测量与稳定技术，以克服传统磁传感器（如霍尔、巨磁阻或磁通门传感器）在精度、动态范围及安装位置上的限制。该方法通过对磁敏感原子跃迁进行一对弱测量来确定其塞曼分裂，从而反演出磁场强度，并给出了量化测量噪声、动态范围和原子损耗之间权衡的解析表达式。实验在超冷铷-87原子中，利用部分转移吸收成像进行弱测量演示，并结合卡尔曼滤波器实现了磁场稳定，成功消除了高达约70 nT/小时的长期漂移，仅将单次测量间的变异性从1.8(2) nT略微增加到2.0(2) nT。
量子气体磁场稳定原位测量弱测量塞曼分裂卡尔曼滤波
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种GPU加速的瞬态电磁-热-力耦合求解器，解决了先进电子封装早期设计中仿真保真度与计算速度的矛盾。该工具摒弃了传统的稳态假设和结构均质化方法，实现了大规模封装的全尺度、非均质时域仿真，计算时间满足快速设计迭代需求。通过对NEC SX-Aurora TSUBASA封装的仿真，该工具成功识别出稳态和均质化基线方法无法捕捉的信号诱导绝热应力，从而将签核级别的物理保真度引入早期设计阶段，有助于预防代价高昂的后期设计故障和更广泛的瞬态热性能退化风险。
gpu加速协同仿真先进封装瞬态分析电子设计自动化多物理场
physics
03-10 00:00
本研究提出了一种针对无界圆柱域中三维Boussinesq方程的伪谱方法，专门用于模拟受强方位角剪切影响的旋转、稳定分层流动。空间离散采用方位角和轴向的傅里叶展开，以及径向的映射关联勒让德多项式，在保持谱精度的同时有效捕捉全局几何特征。为克服由快速恢复波力和快速背景平流导致的数值刚性，研究开发了一种指数时间差分（ETD）格式，该格式解析地积分了完全耦合的线性算子（包括径向依赖的平流交叉项）。该ETD公式将背景流的物理共振特性和稳定性极限直接编码到积分算子中，从而移除了背景剪切和分层施加的数值稳定性约束，允许积分时间步长由物理不稳定性的缓慢宏观演化来标定，而非快速的背景运动学过程，相比标准的混合隐式-显式格式实现了显著的性能提升。方法的准确性和稳定性通过能量和角动量的精确守恒得以验证。
计算流体力学伪谱方法旋转分层流指数时间差分boussinesq方程无界域
physics
03-10 00:00
本研究利用最新的宇宙学数据集（包括DESI BAO、BBN、宇宙计时器及Pantheon Plus超新星数据），对一种新的暗能量状态方程模型 $w_{d}(z) = w_0 + w_a\left( \frac{\ln(2+z)}{1+z} - \ln 2 \right)$ 进行了约束分析。结果显示，该模型给出的哈勃常数 $H_0 = 71.02 \pm 0.66~\text{km s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$ 更接近SH0ES的局部测量值，部分缓解了与早期宇宙测量结果之间的“哈勃张力”。模型参数表明存在轻微的“幽灵”暗能量迹象及随时间演化的证据，且模型在统计上与标准$\Lambda$CDM模型具有竞争力。
暗能量哈勃张力宇宙学模型状态方程对数参数化desi
physics
03-10 00:00
传统连续介质理论（如纳维-斯托克斯方程）在非平衡流动条件下存在局限，部分原因是麦克斯韦-玻尔兹曼分布缺乏转动自由度。研究采用玻尔兹曼-柯蒂斯分布，同时考虑平动和转动自由度，构建了形变连续介质理论。其一级解得到的应力张量包含一个依赖于粒子数密度、温度和总弛豫时间的耦合系数。基于该分布推导的新体积黏度模型被用于模拟平动与转动非平衡下的激波结构和温度剖面。对氩气和氮气在1.2至9马赫数范围内的激波剖面数值模拟表明，与实验测量和直接模拟蒙特卡洛结果相比，该方法在密度剖面、法向应力和激波厚度预测上显著优于纳维-斯托克斯方程，验证了其在更广泛非平衡条件下的有效性。
非平衡流动玻尔兹曼方程连续介质理论激波结构体积黏度数值模拟
physics
03-10 00:00
本研究利用 Scarlet 装置，将峰值强度为 $10^{21}$ W/cm$^2$ 的相对论激光脉冲辐照于1毫米厚的钽靶，并对比了不同前表面涂层（12 μm塑料、50 μm泡沫、金纳米线）对粒子产生的影响。实验发现，无涂层（裸靶）在产生MeV电子和高达30 MeV的X射线方面表现最佳，而泡沫和金纳米线涂层则更有利于重离子加速。粒子模拟（PIC）表明，微米级塑料涂层性能优于裸靶。研究强调了涂层密度与厚度控制的重要性，并指出损伤坑分析可作为评估靶材吸收率的简易方法。
激光等离子体高能粒子表面工程高z靶材粒子模拟
physics
03-10 00:00
本研究通过分析振荡器伊辛机与双稳态锁存器伊辛机的物理动力学差异，揭示了二者在稳定性和计算行为上的根本区别。研究发现，双稳态锁存器系统中所有离散伊辛构型具有相同的线性稳定性，而振荡器系统的雅可比谱则明确依赖于自旋构型，从而能够选择性地破坏高能态。在求解不同规模的MaxCut问题时，振荡器伊辛机凭借其独特的稳定性结构，能够持续获得更高质量的解决方案。
伊辛机物理计算组合优化非线性动力学稳定性分析
physics
03-10 00:00
本研究通过解析与数值模型，揭示了地震Gutenberg-Richter定律中关键参数b值的物理起源。研究表明，b值源于断层破裂面积与滑移量的幂律标度关系。模型预测了由断层临界状态和断裂能耗散控制的双分支震级-频率分布，其过渡震级反映了地震序列中触发的有限断层数量。该发现为理解地震统计规律与断层力学之间的联系提供了物理基础。
地震b值断层网络震级-频率分布断层力学幂律标度地震统计
physics
03-10 00:00
本研究提出了一个适用于受限流场（如风洞、水洞或密集部署的水轮机）的统一阻塞模型。该模型突破了现有方法仅适用于低推力系数和完美对齐流动的限制，能够分析任意偏角和推力系数下的作动盘性能。模型与大型涡模拟结果高度吻合，阐明了推力、偏角和阻塞之间的耦合作用。研究进一步将模型融入叶片单元动量理论框架，并通过叶片解析模拟验证了其在宽范围叶尖速比和阻塞比下的预测能力，最终开发并验证了基于该模型的阻塞修正方法。
流体力学转子动力学阻塞效应作动盘理论叶片单元动量法风能/水能
physics
03-10 00:00
航迹云是航空业对人为气候变化贡献的主要部分。本研究通过一项随机对照试验，测试了一种可扩展至整个航空公司网络的、由签派员主导的航迹云规避工作流程。该方案整合了航迹云预报与标准飞行计划操作。利用卫星图像和自动航迹云归因算法验证，在按计划执行规避的112个航班中，航迹云形成率比对照组降低了62.0%（p < 0.001）。两组间的燃油消耗未观察到统计学上的显著差异。
航迹云规避航空气候影响随机对照试验可扩展方案飞行规划
physics
03-10 00:00
本研究通过将传统里德堡传感器的活性介质从铷或铯替换为钾，显著改善了硅酸盐蒸气池的低频场传输性能。该钾原子传感器能在全介质结构中测量低至500 Hz的场，将传感器的低频截止频率相比等效铷蒸气池提升了近四个数量级。这一简单替换使得低频传感实验对研究社区变得更为可行，为替代传统低频通信中低效、尺寸不切实际的天线系统提供了新方案。
里德堡传感器原子传感低频检测钾蒸气池全介质传感器场传输
physics
03-10 00:00
本研究利用工作在近红外821 nm的啁啾脉冲电光双光梳系统，通过腔内和频混频技术，在323 nm紫外波段生成了带宽达90 GHz的腔增强双光梳。系统使用1 W的532 nm泵浦光和小于10 mW的近红外种子光，在小于20 MHz的探测带宽内产生数微瓦的紫外功率，相比单通方法增强了100倍。该技术成功测量了铷原子在323 nm附近（9 2P3/2 ← 5 2S1/2）的高分辨率紫外光谱，并可扩展至300-400 nm波段，为原子分子精密光谱测量提供了新工具。
紫外光梳腔内和频电光频梳原子光谱精密测量非线性光学
physics
03-10 00:00
研究提出统一理论框架，将随机电磁光束的二阶与四阶统计关联与Kolmogorov大气湍流传播后的闪烁指数相联系。通过推导光束相干偏振矩阵及其在随机介质中的传播规律，建立了二阶偏振矩阵J、其四阶Gram对应矩阵、经典偏振度P、四阶偏振度与光束强度闪烁指数之间的代数关系。关键发现是：非偏振自然光束表现出较大的闪烁指数，而通过合适偏振器组对光束进行偏振化可降低闪烁，且该效果与大气湍流强度参数无关。实验进一步表明，使用伪随机相位板同时控制相干性与偏振，为自由空间光通信链路中的闪烁最小化提供了实用方法。
大气湍流光强闪烁偏振控制高阶关联自由空间光通信统计光学