探索上帝粒子与质量起源

欧洲大型强子对撞机(LHC) 上发现的125 GeV新希格斯粒子可能成为标准模型预期的“上帝粒子”。这一革命性发现开启了探索宇宙中一切基本粒子质量起源的新时代,成为21世纪粒子物理学的转折点。文章着重介绍：(1) 探寻上帝粒子的重大科学意义;(2) 探索质量起源的历史,以及为什么牛顿力学和爱因斯坦相对论均未解决质量起源问题;(3) 神秘的真空与希格斯机制;(4) 上帝粒子是如何提出的和怎样在LHC上发现的;(5) 展望21世纪质量起源的探索与新物理定律的革命。     

基于正交超声驻波场的粒子运动建模和控制

为了获得具有均匀的倒金字塔表面微结构的多晶硅,提出了一种新腐蚀加工方法。通过建立一个相互正交的超声驻波场,来协助硅的化学侵蚀并改善其对光的吸收能力。首先对硅片表面结构进行一些比较,在二维上建立网格状的数学模型。然后建立网格中粒子运动的控制理论模型,并进行仿真验证。最后设计实验用于检验超声驻波对粒子的运动控制效果。多晶硅侵蚀结果说明将超声驻波应用在网格化微加工上是可行、可靠的。     

二次有机气溶胶的气体/粒子分配理论

本文重点评述了二次有机气溶胶形成的气体/粒子分配理论,简要介绍了它的发展和可能的应用.在大气中,气体有机物种的氧化可以产生半挥发性的有机化合物,二次有机气溶胶的形成可以用气体/粒子分配的吸收模型来评估.气体/粒子分配过程决定于半挥发性化合物的成分、浓度和蒸气压,以及吸收性材料的浓度和成分.在气体/粒子分配理论的基础上,人们又研究和开发出二次有机气溶胶的分子组分的气体/粒子分配的热力学模型,它可以用来预估气溶胶中液态水的含量、无机物的分布、亲水性和疏水性有机物的分布.二次有机气溶胶形成的化学机理和气体/粒子分配的热力学模型与加利福尼亚工学院三维都市/区域性大气模型相结合,可以用于气相和气溶胶相模拟.     

Numerical Study on the Coagulation and Breakage of Nanoparticles in the Two-Phase Flow around Cylinders

The Reynolds averaged N-S equation and dynamic equation for nanoparticles are numerically solved in the two-phase flow around cylinders, and the distributions of the concentration M₀ and geometric mean diameter d_g of particles are given. Some of the results are validated by comparing with previous results. The effects of particle coagulation and breakage and the initial particle concentration m₀₀ and size d₀ on the particle distribution are analyzed. The results show that for the flow around a single cylinder, M₀ is reduced along the flow direction. Placing a cylinder in a uniform flow will promote particle breakage. For the flow around multiple cylinders, the values of M₀ behind the cylinders oscillate along the spanwise direction, and the wake region in the flow direction is shorter than that for the flow around a single cylinder. For the initial monodisperse particles, the values of d_g increase along the flow direction and the effect of particle coagulation is larger than that of particle breakage. The values of d_g fluctuate along the spanwise direction; the closer to the cylinders, the more frequent the fluctuations of d_g values. For the initial polydisperse particles with d₀ = 98 nm and geometric standard deviation σ = 1.65, the variations of d_g values along the flow and spanwise directions show the same trend as for the initial monodisperse particles, although the differences are that the values of d_g are almost the same for the cases with and without considering particle breakage, while the distribution of d_g along the spanwise direction is flatter in the case with initial polydisperse particles.     

电推力器流动模拟中的电子处理方法

分析了电子的准中性假设、玻耳兹曼分布假设、粒子模型在电推力器流动模拟中的适用性和优劣性,提出了一种新的电子处理方法——电子漂移扩散近似,采用该方法模拟了离子发动机栅极光学系统等离子体运动过程。结果表明:该方法得出的电势分布、离子相空间分布及电子数密度分布与经典的电子玻耳兹曼分布假设处理方法计算结果一致,验证了该方法可以很好地应用于电推力器栅极光学系统模拟。     

暗物质问题简介

暗物质的属性问题是当代物理学面临的一大挑战.文章简要回顾了暗物质的发现历史,已有的暗物质观测证据和粒子物理中的暗物质候选者以及暗物质丰度起源相关理论,还介绍了近年来暗物质的空间间接探测和地下直接探测及其在理论上研究的新进展.     

聚焦部分相干涡旋光束作用于不同折射率瑞利粒子上的辐射力

使用聚焦部分相干高斯谢尔涡旋光束,对不同折射率的瑞利粒子的辐射力做了分析,着重研究了相关长度和束腰宽度对辐射力和俘获稳定性的影响。结果表明：相关长度和束腰宽度分别存在临界值,相干长度小于等于其临界值或束腰宽度大于等于其临界值时,可利用其俘获相对折射率大于1的微粒;而在相关长度大于其临界值或束腰宽度小于其临界值时,可利用其俘获相对折射率小于1的微粒。对俘获稳定性的分析表明,需选择适当的相关长度和束腰宽度才能稳定俘获瑞利粒子。     

平顶光束和平顶涡旋光束对金属瑞利粒子的光学俘获

使用聚焦平顶光束和平顶涡旋光束,以金为例,对金属瑞利粒子辐射力和俘获稳定性进行了分析,着重研究了拓扑电荷和光束阶数对辐射力的影响。结果表明,随着拓扑电荷和光束阶数的增大,最大光强和辐射力随之减小;平顶光束可以俘获金瑞利粒子,俘获微粒的牢固性和俘获范围随着光束阶数增大而减小,而平顶涡旋光束的梯度力不能作为回复力,因此不能俘获。最后,还讨论了不同光强分布下,俘获金属瑞利粒子时复介电常数需满足的必要条件。     

Zr粉粒径对Zr/KClO4烟火剂燃烧特性的影响

研究了烟火药激光器泵浦源传统配方Zr/KClO4中Zr粉粒径对该配方燃烧特性的影响。结果表明：Zr粉从61.375 μm减小到18.675 μm,Zr/KClO4混合物的点火温度从506.40 ℃降低到492.42 ℃,燃烧辐射脉宽由60 ms缩短到25 ms,峰值辐射强度增加1倍;在 200～1 100 nm波段内,随着Zr粉粒径的减小,可见光区内的辐射能所占的比例增强;针对掺钕激光介质的泵浦而言,Zr粉粒径为800目时,分布在激光介质的3个主要泵浦带内的辐射能最高,而且闪光脉宽最短。因此,在其它条件相同时,选择颗粒尺寸小的Zr粉有利于获得高的激光输出。     

图形处理器并行计算用于离子发动机粒子模拟

为了研究离子发动机羽流对航天器的影响,采用质点网格-蒙特卡罗碰撞方法对离子发动机羽流中的交换电荷离子进行了模拟。利用计算设备统一架构技术,开发出一套基于图形处理器的并行粒子模拟程序。随机数生成采用并行MT19937伪随机数生成器算法,电场方程使用完全近似存储格式的代数多重网格法求解。r-z轴对称坐标系中,在z=0 m处获得的电流密度均值为4.5×10-5 A/m2,图形处理器所得结果与中央处理器模拟结果吻合。在16核心的NVIDIA GeForce 9400 GT图形显示卡上,取得相对于Intel Core 2 E6300中央处理器4.5~10.0倍的加速比。