基于一个新SiH_(2)(1^(1)A′)势能面的H+SiH反应动力学研究

本文基于2022年报道的一个SiH_(2)(1^(1)A′)势能面,运用切比雪夫波包方法对H(^(2)S)+SiH(X^(2)П;v=0;j=0)→Si(^(1)D)+H_(2)(X^(1)∑_(g)^(+))反应体系在1:0×10^(-3)-1.0 eV的碰撞能量范围内进行动力学研究.分别应用忽略科里奥利耦合效应的耦合态近似和精确量子力学计算得到该反应的反应概率、积分散射截面和速率常数.计算发现在J较大时,科里奥利耦合效应显著提升该反应的反应概率,忽略科里奥利耦合效应会使H+SiH反应的积分散射截面和速率常数减小,对于速率常数而言,温度越高,两种计算方法所得结果的差距越大.精确的量子力学计算结果表明,H+SiH反应的速率常数在300-1000 K之间几乎不随温度改变,这与H+CH反应非常相似,但是在数值上,前者比后者大1个数量级.

基于Mathematica的平行光斜入射光栅衍射的模拟和可视化研究

光栅衍射作为大学物理的重要教学内容和教学难点,由于其理论推导和数学表达形式复杂,学生难以形成清晰的物理图像,导致课堂教学效果不理想。教材中仅对光垂直入射光栅时的衍射特性进行了讨论,但平行光斜入射光栅时的衍射特性却未被充分探讨,且这一领域的研究仍然有限。本文首先应用光的衍射理论推导出了平行光斜入射条件下单缝衍射和光栅衍射的光强分布表达形式,将单缝衍射和光栅衍射的研究由垂直入射推广到斜入射的情况。然后,应用Mathematica软件中的强大的交互式界面Manipulate,结合Initialization和Limit命令,对平行光斜入射情况下的单缝衍射和光栅衍射的光强分布进行了系统的模拟和仿真,分别绘制出单缝衍射的相对光强分布、多缝干涉的相对光强分布、光栅衍射的相对光强分布和衍射条纹分布情况。通过可视化过程,使学生深刻地理解光栅衍射的光强分布是单缝衍射和多缝干涉共同作用的结果,单缝衍射提供了光强分布的包络,而多缝干涉则决定了衍射条纹的具体亮暗变化,将抽象的光的衍射现象形象直观地动态演示出来,这有助于学生建立清晰的物理图像,深刻地理解单缝衍射和光栅衍射,极大地提高教学效果。

量子传感(Ⅲ):核心应用与未来展望

作为量子信息感知物理实现基础的量子传感技术是三大核心量子技术之一,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感系列综述的第三部分,在前两部分内容的基础上,从实际应用角度出发,介绍量子传感技术在导航定位授时、遥感探测、生物医学和基础物理等代表性领域的应用现状,阐述了量子传感的阶段性发展特征,包括量子传感的核心使能组件、量子传感的适应性难题等,最后,结合从传感到信息感知的论述,给出了量子传感技术的未来展望。

量子传感(Ⅱ):关键技术与典型代表

作为量子信息感知物理实现基础的量子传感技术是三大核心量子技术之一,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感综述论文的第二部分,在第一部分的基础上,介绍了量子传感的关键技术以及量子传感器的典型代表。其中,关键技术方面,结合量子态的制备、操控、探测,概括了量子传感具备颠覆性能力的核心原理及技术支撑;典型代表方面,详细介绍了频率、电、磁、重力、惯性等代表性量子传感器技术,以及各类量子传感器的基本原理、实现平台及发展现状。

再议量子理论的表述形式与诠释

量子力学建立至今已达百年,关于量子力学仍存留许多困惑与争议。我们注意到可能的原因是状态矢量表示理念的不一致,以及混淆了不同的波函数概率诠释。我们认识到,坚持把状态矢量表示为无量纲的对象,认清波函数的薛定谔、玻恩和狄拉克各自诠释的不同以及薛定谔、玻恩的概率诠释可以经由狄拉克完备性关系联系起来,认识到概率行为出现在无量纲的态矢/波函数与决定性的状态方程之外,则可以消除不少关于量子力学的误解。

约当——被无视的量子力学与量子场论奠基人

约当是量子力学奠基人之一,是量子场论的奠基人,量子生物学也是他的主意。约当在量子力学建立过程中使用的数学最终导致了约当代数这个数学分支的诞生。约当是早慧的天才,又得到诸多科学巨擘的加持,其对物理学的贡献给人一种信手拈来的感觉。令人不解的是,约当对科学的贡献遭到了有意无意的忽视。约当被誉为无人提及的量子力学英雄(der unbesungene Helden der Quantenmechanik),量子力学与量子场论被不公正地几乎遗忘的共同构建者(zu Unrecht fast vergessenen Mitbegründer der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie),这样的命运令人不胜唏嘘。

量子力学之波动力学(下)

5对薛定谔波动力学论文的即时响应对薛定谔的波动力学持排斥态度的,海森堡是不多的例外,而玻恩、泡利(稍微表示过不爽)、约当、狄拉克、冯·诺伊曼、朗道、福克等人则是迅速跟上去并做出了非常重要的工作。笔者觉得最离谱的要数索末菲。索末菲1919年出版了Atombau und Spektrallinien(原子构造与谱线)这本经典著作,里面有他1915—1916年构造原子模型、引入新量子数的工作,这可以说是启发量子力学——确切地说是矩阵力学——诞生的关键思想源泉。然而,1929年索末菲出版了Atombau und Spektrallinien,Wellenmechanischer Ergänzungsband(原子构造与谱线:波动力学增补版)。这几乎就是另一本书了。

量子力学之矩阵力学(下)

(接53卷第5期)5.2第二篇。图4是矩阵力学三部曲第二篇的截图。这篇长31页的论文分为五个部分:导言;第一章,矩阵计算;第二章,动力学;第三章,检验非简谐振子;第四章,电动力学评论。文章的作者为玻恩和约当。此文目的是把海森堡上一篇论文中的Ansatze发展成量子力学的系统理论(zu einer systematischen Theorie der Quantenmechanik)。

利用随机去耦合推演谐振子的传播子

本文采用随机去耦合方法,将谐振子的量子演化转化为虚拟的两部分,它们分别由随机产生算符和随机灭算符确定讨论了两种解析虚拟算符的手段,一种基于相干态表示,另一种则基于位置和动量分解后的动量表示:联合两个虚拟传播子并对涉及的噪声求统计评价就得到谐振子的量子传播子.整个过程的主要数学处理为求算高斯积分.

理想气体焦耳定律与物态方程的关系

焦耳定律作为理想气体的能态方程,是热力学一般能态方程在理想气体物态方程约束下的特殊解,本质上不独立于物态方程.但焦耳定律却是理想气体温标等于热力学温标的充分必要条件,以理想气体温标表述理想气体定义时,物态方程和焦耳定律缺一不可.

量子信息领域的国家战略布局与研发态势分析

近年来,以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息领域持续活跃,已经成为基础研究探索、颠覆性技术创新以及未来产业变革的重要发展方向,因此明晰量子信息领域的发展态势,对于我国建设世界科技强国具有重要价值。本文首先介绍了量子信息领域的相关概念与研究现状,其次分析了美国、欧盟、英国、日本、中国的量子战略布局,最后结合论文与专利的多维度计量分析,展示了量子信息领域的研发态势。研究发现:当前量子信息领域正处于迅猛发展阶段,国际科技强国都高度重视在该领域的政策布局、资金投入、人才引育和国际合作等,其中美国最具优势;中国在量子通信及量子计算领域基本跻身核心位置,未来还需要加速实施量子信息领域战略部署、积极引聚育留量子信息科技人才、深度推进量子领域产学研协同创新等。

运用克拉珀龙方程解决理想气体状态转换和变质量问题

理想气体状态方程p1V1/T1=p2V2/T2只适用于定质量的理想气体,在解决变质量问题时,经常需要通过巧妙选取研究对象将“变质量”问题转化为“定质量”问题,而克拉珀龙方程pV=m MRT则可直接用于变质量的理想气体.根据这一方程式,可以得到如下三个推论。

纳米材料杨氏模量的尺度依赖性

【目的】纳米材料杨氏模量与其对应的大块材料的杨氏模量完全不同,并且具有明显的尺度依赖性,然而纳米材料杨氏模量随尺度的变化却是多样且复杂的。一些金属纳米材料杨氏模量随着尺度减小而增大,并高于块体杨氏模量值;而一些半导体纳米材料的杨氏模量却随尺度的减小而降低,且低于块体杨氏模量值。这种相反的变化趋势的原因却并不清楚。【方法】基于纳米热力学理论,以纳米材料结合能为基础,从原子势函数与材料杨氏模量的内在关系出发,引入反映材料原子键本质的参数,详细推导了纳米材料杨氏模量定量解析过程,阐述了金属、非金属等纳米材料杨氏模量值和其随尺度的变化规律;揭示了纳米材料表面模量、内部模量对体系杨氏模量的贡献,并利用材料参数阐明纳米材料杨氏模量与尺度、原子键的物理关系。【结果】所构建的理论解析模型对零维纳米颗粒、一维纳米线和二维纳米薄膜的杨氏模量都进行了成功的预测。

不等臂长条件下时间延迟干涉法的最优灵敏度曲线

发展了一种新算法,其能够不依赖于时间延迟干涉法基底构型的正交化过程,可直接得到最优灵敏度曲线;分别将其应用到第1代和第2代时间延迟干涉法.结果表明:尽管受不等臂长模型和不同基底选择的影响,但是最优灵敏度曲线仍展现出良好的鲁棒性;基底数量对最优灵敏度曲线有显著影响,当基底数由3增加到5时,灵敏度曲线获得了显著的优化,其中基底数为3时,在0.0010.100 Hz引力波频段内,不同基底的选择对最优灵敏度曲线影响较为显著.

戴维孙-革末电子衍射实验数据的一点启示

1927年戴维孙(C.Davisson)和革末(L.H.Germer)的电子衍射实验第一次可争辩地验证实物粒子的波动性。事实上,与德布罗意(de Broglie)假设的理论计算相比,戴维孙-革末的电子衍射实验数据存在着一种明显的系统性偏离。在近百年之后的今天,该偏离或许为当前电子的电磁质量的研究提供一个有价值的启示和实验依据。

用于高功率微波器件粒子模拟的三维柱坐标系共形网格生成技术

基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序,对束-场互作用器件作共形网格剖分,为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据,使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理,使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点,接着通过拓扑关系获得模型的顶点,保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合,在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分,能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。

分数阶忆阻Henon映射的可控多稳定性及其视频加密应用

基于局部有源离散忆阻器构建一种能够产生任意数量共存吸引子的分数阶忆阻Henon映射.该映射的不动点数量由忆阻器内部参数控制,实现可控的同质多稳定性,适合基于混沌的工程应用.通过相图、分岔图、最大Lyapunov指数和吸引盆等方法揭示该映射的复杂动力学行为.数值模拟结果表明,该分数阶映射能够产生各种周期轨道、混沌吸引子和倍周期分岔等现象.随后使用ARM数字平台实现该系统,实验结果验证其物理可实现性.最后,基于该映射设计一种视频加密算法,并通过安全性分析验证该加密算法能够有效保证视频的安全传输.

2023年度数理科学部基金项目评审工作综述

本文总结了2023年国家自然科学基金委员会数理科学部的项目申请、同行评议和资助情况,并总结了科学基金的改革进展。

离子液体凝胶催化剂在合成乙酸正龙脑酯中的应用

乙酸正龙脑酯作为医药中间体,具有广泛用途。无论是传统工艺的酸性催化剂,还是离子液体催化剂都存在催化剂与反应物有效分离困难、不易循环使用的缺点。将具备温敏性的离子液体凝胶作为乙酸正龙脑酯的新型催化剂,可突破离子液体催化酯化反应工业化的技术瓶颈。本工作以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、聚乙烯醇、单宁酸为原料,基于超分子组装原理,制备了温敏性离子液体凝胶催化剂。采用流变仪、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪对离子液体凝胶进行表征。结果显示,PVA-Ta-[BMIM]HSO4离子液体凝胶中存在羧酸酯键和氢键,是由咪唑环和苯环的π-π堆积作用构成的混合双网络聚合物,具有较高的机械强度和韧性。以乙酸正龙脑酯为反应模型,考察了离子液体凝胶催化剂的活性,通过单因素实验法优化了离子液体凝胶催化剂合成乙酸正龙脑脂的反应条件,得到反应温度为90℃,反应时间为6 h,α-蒎烯与冰醋酸的物质的量比为1∶1。实验结果表明,该催化剂对温度产生可逆相变响应,高温时反应体系为均相,保证了催化效率,反应结束后降温凝固成为凝胶并析出。离子液体凝胶的催化活性与酸性离子液体的活性差别不大,重复使用五次后,α-蒎烯转化率保持在75%以上,乙酸正龙脑酯的选择性在8.5%以上。

非线性相互作用引起的双模Dicke模型的新奇量子相变

量子相变是量子光学和凝聚态物理领域的一个重要课题.本文在标准双模Dicke模型的基础上引入原子-光的非线性相互作用,研究其所引起的量子相变.利用自旋相干态变分法从理论上给出有两个参量的基态能量泛函.两模光场采用四种不同的比例关系进行研究,并且在实验参数下,通过可调的原子-光的非线性相互作用参量,给出了宏观多粒子量子态的丰富结构.本文主要呈现了在蓝失谐和红失谐下,双稳的正常相、共存的正常-超辐射相和原子数反转态等丰富的基态特性.原子-光的非线性相互作用在蓝失谐可以引起标准的双模Dicke模型的正常相到超辐射相的二级量子相变.在红失谐时引起新奇的基态特性,新奇的量子相变,即反转的超辐射相到反转的正常相的二级逆量子相变.原子-光的非线性相互作用和两模光场比例不同时,对量子相变的相边界和基态物理量的值有较大影响.