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04-16 00:00
本研究探讨了轴对称“剃刀薄”圆盘产生的引力势。研究发现，在一定条件下，圆盘一侧的引力势可等效于由垂直于圆盘的轴线上线性质量分布所产生的势。论文建立了产生相同势的两种质量分布之间的联系，并重点研究了所有能产生与线性质量分布（特别是由初等贝塔分布及其相关分布在区间$[0,1]$、$[1,\infty)$或$[0,\infty)$上定义的分布）等效势的圆盘面密度分布。这些模型族非常重要，因为在所有情况下，其势函数最多只需对坐标的初等函数进行一次实数积分即可给出，且许多情况能得到闭合形式的解析表达式。许多现实圆盘的势可以通过这些圆盘模型的组合来构建。
引力势轴对称薄盘质量分布贝塔分布天体物理势函数
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04-16 00:00
本研究设计并实现了一个基于物联网（IoT）的低成本、自主实验平台，旨在降低机器学习（ML）在物理教育中的应用门槛。该平台以Arduino微控制器为核心，结合可定制的多波长LED阵列和光传感器，能够实时生成用于训练和评估基础ML算法（如遍历法、贝叶斯推断和深度学习）的光学数据集。通过构建一个涵盖自动数据采集、预处理、模型训练与验证的闭环自驱动实验流程，研究系统比较了不同方法的性能，并证明了深度学习在捕捉复杂非线性关系方面的优越性。这个总成本约60美元的开源平台，为学生掌握高级ML概念、培养下一代物理学家和工程师所需的核心技能提供了切实可行的途径。
机器学习教育物联网实验平台物理教学创新低成本实验室深度学习应用自主实验
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04-16 00:00
本研究提出了一种新的模拟方法，用于计算在特定压力下、与气体分子库相连的两种不同化学计量比水合物结构之间的自由能差。该方法基于等压晶格切换蒙特卡洛模拟，测量气体分子完全占据或完全空缺时两种水合物结构的自由能差，并结合在化学势μ_g控制下客体分子数N_g可波动的系综中进行热力学积分。通过分析由此产生的恒定N_w、μ_g、P、T系综的性质，展示了如何利用热力学循环计算共存点。将该方法应用于氩和甲烷水合物结构，得到的共存压力与现有实验数据总体吻合良好。
水合物自由能计算蒙特卡洛模拟相平衡分子模拟热力学
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04-16 00:00
本文介绍了一门为缺乏数学背景的生物学研究生设计的课程，旨在帮助他们阅读和理解理论论文，弥合理论与实证研究之间的鸿沟。课程采用基于证据的现代教学原则，包括逆向设计、主动学习和即时教学，强调证据的本质和理论在科学中的作用，以提升学生的批判性思维并促进科学进步。
科学教育理论建模生物学跨学科教学批判性思维
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04-16 00:00
本文提出AeTHERON，一种用于流固耦合（FSI）替代建模的异构图神经网络算子。其架构直接镜像了尖锐界面浸没边界法（IBM）的结构：采用分离流体域和结构域的双图表示，并通过稀疏交叉注意力耦合，以反映IBM插值模板的紧支撑特性。这种物理信息归纳偏置使模型能在共享高维隐空间中学习非线性流固耦合。在柔性尾鳍拍动的直接数值模拟基准测试中，AeTHERON仅用前150个时间步数据训练，即可在t=150-200的未见外推窗口内，以毫秒级单GPU推理时间（对比DNS的数小时计算），定性捕捉大规模涡拓扑和尾流结构，平均外推MAE为0.168，误差峰值出现在流动重组最快的拍动半周期转换点，呈现出与非线性流体-膜耦合一致的物理解释模式。
流固耦合图神经网络替代模型浸没边界法计算流体力学物理信息机器学习
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04-16 00:00
研究团队通过测量超短相对论电子束在介质边界产生的550-800 nm超辐射光学跃迁辐射，观察到光子产率与电荷的二次方依赖关系，这与由电子束纵向形状因子决定的光学频率相干性一致。理论模型成功复现了测量光谱包络，表明电子束内存在特征尺度为$\tau_{\mathrm{FWHM}} = 1.2~\mathrm{fs}$的亚飞秒纵向结构。该研究将相干跃迁辐射从太赫兹波段扩展至可见光范围，无需使用波荡器或外部种子微聚束，为带电粒子束产生可调谐相干辐射和宽带相干光生成提供了新平台。
超辐射相干跃迁辐射飞秒电子束光学相干性粒子束物理
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04-16 00:00
本研究提出了一种基于两个反向陈绝缘体区域构建的拓扑路由功能。通过调节磁场强度和天线源频率，可以精确控制能量流的传输方向：使其完全向左、完全向右或进行分流。此外，也可利用双源系统来引导能量。该方案基于耦合的Haldane型系统实现，为光学传输领域提供了一种兼具鲁棒性和可重构性的潜在核心组件。
拓扑绝缘体陈绝缘体能量路由非互易传输光学传输haldane模型
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04-16 00:00
本研究针对多相流伪势格子玻尔兹曼模型中的虚假速度振荡问题，从离散层面理论分析了两相泊肃叶流，推导了网格对齐与非对齐情况下的有限差分速度方程，并识别了导致界面附近振荡的关键项。基于此，提出了一种改进的三阶格式，在不增加概念或计算复杂度的前提下，有效抑制了虚假振荡。数值模拟验证了该格式对直线与弯曲界面的有效性，并揭示虚假振荡会高估液滴下落阻力，影响流动模式，凸显了改进方案对获取可靠结果的重要性。
多相流格子玻尔兹曼方法伪势模型数值模拟计算流体力学界面振荡
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04-16 00:00
本研究揭示了膜张力在纳米颗粒被细胞膜包裹（内吞）与解包裹（排出）过程中的核心作用。传统理论主要关注接触区的粘附能与弯曲能，而忽略了非接触区膜变形的能量贡献。研究通过分析总膜能随包裹程度的变化，发现颗粒粘附、膜张力与颗粒尺寸之间的竞争关系决定了包裹是进行、停滞还是自发逆转。该框架揭示了一个区分颗粒摄取与排出的“停滞边界”，并提供了一个统一的物理描述，对内吞作用、膜融合及纳米颗粒设计具有重要意义。
膜生物物理内吞作用纳米颗粒膜张力能量竞争相变边界
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04-16 00:00
本研究使用FaIR气候模型与BRICK海平面模型，结合概率加权方法，重新评估了美国车辆温室气体排放对全球海平面上升的贡献。研究发现，虽然美国环保署（EPA）估计到2100年车辆减排仅能减少1-2厘米海平面上升，但在多世纪时间尺度上，这种差异会显著扩大——到2200年将超过6厘米。区域分析显示，墨西哥湾沿岸等美国海岸线将受到更显著的局部影响。
海平面上升车辆排放气候模型长期预测区域影响
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04-16 00:00
本研究揭示了在Pt/Co/W多层膜微米条带中，几何限域是调控手性磁拓扑结构演化的关键参数。随着条带宽度减小，磁结构经历从迷宫畴到孤立斯格明子，再到斯格明子对抑制，最终稳定形成高阶拓扑态（如斯格明子袋）的层级演化路径。统计分析与微磁模拟表明，限域效应通过促进斯格明子环的重组与捕获额外斯格明子，驱动拓扑态群体重新分布，使斯格明子袋在最窄条带中成为主导态。这为室温下基于多态斯格明子的自旋电子学与存储器设计提供了可扩展的材料策略。
斯格明子几何限域拓扑磁结构自旋电子学多层膜微磁模拟
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04-16 00:00
本研究针对传统确定性模型难以准确描述二元液滴碰撞中过渡与随机行为的问题，提出了一种数据驱动的概率模型。利用LightGBM算法，基于包含33,540个实验案例、覆盖八个碰撞状态的数据集进行训练，模型对高度非线性的状态边界分类准确率达99.2%。为便于在喷雾模拟中应用，模型被转化为多项式逻辑回归的概率形式，保留了93.2%的准确率，并能映射连续的状态间过渡。通过一个“偏置骰子”采样机制，将概率转化为确定但随机的碰撞结果。该工作首次从实验数据中推导出高维、概率性的液滴碰撞模型，为喷雾模拟提供了物理一致、全面且用户友好的解决方案。
机器学习液滴碰撞喷雾模拟概率模型流体动力学数据驱动
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04-16 00:00
本研究探讨了沿光锥传播的贝塞尔电磁光束的新解。在光锥变量可能存在的多种结构中，重点分析了涉及艾里函数乘积的一类解。这类解代表了光锥坐标依赖性的不对称性，是通常平面波解的非平凡扩展。研究还探索了这些解携带有限轨道角动量密度的条件，为操控光束的角动量特性提供了新的理论框架。
贝塞尔光束轨道角动量光锥坐标艾里函数电磁波解
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04-16 00:00
齐普夫定律（$S \propto r^{-\alpha}$）是描述物种丰度、城市规模等复杂系统组分大小排名的经验规律。长期以来，赫伯特·西蒙于1955年提出的“富者愈富”增长模型被视为其理论基础。然而，本研究指出西蒙模型存在根本性缺陷：当创新率趋于零时，模型会导向“赢家通吃”（$\alpha \rightarrow \infty$），而非齐普夫定律（$\alpha \rightarrow 1$）。研究团队推导出，在纯“富者愈富”系统中，要产生任意 $\alpha \ge 0$ 的幂律排名，创新率 $\rho_t$ 必须随时间动态衰减，具体为 $\rho_t \propto 1/\ln N$（$N$ 为类型总数）时才能得到标准的齐普夫定律（$\alpha = 1$）。该动态创新率机制是支配所有服从幂律排名的系统类型涌现的普适性规律，并在经典小说词频排名数据中得到了验证，而西蒙模型则与数据不符。
齐普夫定律幂律分布富者愈富复杂系统西蒙模型动态创新率
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04-16 00:00
针对下一代天文仪器对低噪声探测器的需求，本研究提出了一种基于多放大器架构电荷耦合器件（MAS-CCD）的新技术，用于精确测量由栅极时钟产生的寄生电荷。该方法通过分析不同放大器在不同时间对同一电荷包的输出协方差，实现了在常规方法难以应用的工况下快速、精确的测量。研究建立了完整的理论框架并通过仿真验证了模型的有效性，为传感器性能的大规模可靠表征提供了新基础。
低噪声探测器电荷耦合器件协方差分析天文仪器寄生电荷测量传感器表征
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04-16 00:00
本研究提出了一种基于硅光子集成电路与光学超表面混合集成的芯片级平台，实现了超宽视场、衍射极限的二维光束转向。该平台利用自由曲面微光学反射器将波导模式高效转换为扩展的自由空间光束，并照射经过解析优化的超宽视场超表面。在电信波长下，集成系统实现了超过160°的测量视场，并在宽角度范围内保持了衍射极限的光束质量。该架构为高质量二维光束转向提供了一条紧凑且可扩展的路径，并为星间光通信等需要灵活、宽角度、高保真光束控制的应用建立了实用途径。
光束转向光学超表面硅光子学集成光子学自由空间光通信衍射极限
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04-16 00:00
本研究提出了Agent4MR，一个基于智能体的框架，利用大型语言模型（LLMs）自动生成和优化MRI脉冲序列。该框架通过结构化的、基于物理原理的验证报告，确保生成的序列（使用PyPulseq）在物理上的一致性。实验表明，与仅使用上下文的基线（LLM4MR）和人类开发者相比，Agent4MR能在单次交互中持续生成无伪影、时序正确且k空间覆盖完整的有效序列，显著减少了所需交互次数。此外，自主智能体还能通过“自动研究”方法改进序列以匹配特定目标对比度。这项工作表明，结合物理验证的智能体框架可以将通用LLMs转变为可靠的MRI序列开发工具，有望让非专家也能根据生物或临床问题创新序列。
磁共振成像脉冲序列大型语言模型智能体框架自动编程物理验证
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04-16 00:00
本研究针对FRIB重离子加速器中的微通道束流收集器（MCBD）进行了热验证测试。该收集器使用CuCrZr合金吸收板，设计功率高达50 kW。为精确获取其表面温度，研究团队在约10⁻⁵ torr的真空环境下，通过红外热像仪并辅以热电偶参考温度（最高约650°C），测量了CuCrZr合金的发射率。实验结果表明，在100-650°C的表面温度范围内，其发射率为0.056 ± 0.009。这一关键热物性参数的确定，为高功率束流收集器的热管理与可靠性设计提供了重要依据。
发射率测量cucrzr合金束流收集器热管理加速器技术红外测温
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04-16 00:00
传统光子时间晶体因需要高速、强调制而难以在光学频率实现。本研究指出，这一限制源于传统调制方案受曼利-罗关系约束。通过调制洛伦兹色散材料的等离子体频率，并结合特定的空间非局域性（空间色散），可以完全突破这些限制。该方法能在任意小的调制速度和强度下，产生在频率和动量上均无限延伸的动量带隙，为操控经典与量子光开辟了新途径。
光子时间晶体动量带隙非局域性光学调制等离子体频率空间色散
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04-16 00:00
本研究提出了一种无需训练数据、完全基于物理约束的神经网络方法，用于快速求解漂移动理学方程（DKE）。该方法通过将物理控制方程定义为损失函数，并将边界条件硬编码到预测模型中，成功构建了高精度的代理求解器。相比传统基于第一性原理的数值求解器，该模型在保持准确性的同时，计算耗时显著降低，且比数据驱动的代理模型表现出更高的物理一致性。该工作为在数据稀缺场景下开发代理求解器提供了新思路，并展示了纯物理驱动神经网络加速高要求科学计算的潜力。
托卡马克漂移动理学方程物理驱动神经网络代理求解器新经典环向粘滞扭矩计算加速
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04-16 00:00
本研究成功在硅衬底上制备出高锡含量（12.7%）的锗锡雪崩光电二极管，其截止波长在300K下可达2.7微米，显著扩展了短波红外探测范围。通过采用仅122纳米厚的超薄锗缓冲层（远薄于常规700-900纳米层），有效缓解了晶格失配问题并促进了锡的掺入。器件在77K下表现出高雪崩增益（在1.55微米处达21倍，在2微米处达52倍）与良好的响应度（在1.55微米处达1.45 A/W，在2微米处达0.66 A/W），为CMOS兼容的高灵敏度扩展短波红外探测提供了可行方案。
雪崩光电二极管锗锡合金短波红外探测硅基集成光电探测器材料生长
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04-16 00:00
本研究提出了一种利用光学注入锁定技术实现分布式、实时相干光计算的新策略。该方法克服了远程光纤传输中环境相位变化带来的挑战，无需进行光电或模数转换。通过半导体激光器速率方程模型，分析了注入功率比、频率失谐和调制条件对系统稳定性的影响。研究表明，较低的注入功率比能抑制远程调制残留分量，提高计算精度，为分布式相干光子计算提供了设计指导与权衡方案。
相干光计算注入锁定分布式计算光子网络相位稳定
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04-16 00:00
本研究从量子视角探究了史密斯-珀塞尔辐射在阈值附近的行为。基于能量-动量守恒，研究首次推导出该辐射的量子能量阈值，为辐射产生提供了严格界限。研究发现，在阈值附近，入射电子发射光子后运动方向会发生反转。同时，通过将杜安-亨特定律应用于该辐射，研究确立了一个更低的经典能量阈值，低于此阈值经典理论失效。当电子能量介于经典与量子阈值之间时，必须采用量子理论进行描述。这些发现深化了对史密斯-珀塞尔辐射的理解，并为开发低能量驱动和预示量子光源提供了新思路。
史密斯-珀塞尔辐射量子阈值光物质相互作用切伦科夫辐射量子光学低能光源
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04-16 00:00
研究表明，光偏振形成的斯格明子纹理（类似凝聚态中的非线性孤子）的拓扑稳定性存在争议。本文发现，任意微小的扰动若能将合并的相位奇点分开，就会改变其拓扑电荷（斯格明子数）。在叠加两个涡旋光束时，斯格明子数通常仅取决于高阶拓扑电荷 $Q_{\rm sk} = \max(\ell_2, \ell_1)$，而非传统认为的电荷差 $\ell_2 - \ell_1$。这一发现对波长尺度局域化的偏振结构及经历复杂像差的光学系统有重要影响。
光学斯格明子拓扑电荷偏振纹理涡旋光束相位奇点光学拓扑