基于红移畸变测量宇宙结构增长率的进展

星系红移巡天的一个主要目标是依据光谱红移测距,详细刻画宇宙中星系的三维空间分布。由于星系本动速度的存在,红移空间的星系分布存在着严重畸变,在大小尺度上有着不同模式的各向同性偏离。通过对红移畸变的观测研究,人们可从中获取速度场的信息,因此,红移畸变已成为暗能量探测的重要探针之一,为检验宇宙学尺度上的引力模型提供帮助。当前星系红移巡天项目已经取得了非凡成功,为人们提供了详细的星系空间分布数据。人们据此测量了星系的相关函数和功率谱,提取了精确的红移畸变信号,并通过模型拟合限制出了一批不同红移处宇宙结构增长率的估值,为探索宇宙尺度的引力模式提供了数据支持。主要介绍红移畸变模型、星系红移巡天观测和宇宙结构增长率测量等研究进展。

重离子碰撞中的轻核产生和QCD相变

寻找量子色动力学(Quantum Chromodynamics,QCD)相变信号是当前重离子碰撞实验的一个基础科学目标,对理解强相互作用物质的性质、大爆炸初期的宇宙演化、超新星的爆发机制、致密星的内部结构以及双中子星并合产生的引力波等重要前沿问题都具有重要意义。当重离子碰撞中发生非连续QCD相变时,引发的强相互作用物质的密度涨落与关联可以通过轻原子核的产额观察量来探测。核子间的多体关联决定了重离子碰撞中轻核的产额。特别地,基于核子并合模型对于轻核产额的计算表明质子(p)、氘核(d)和氚核(t)的产额比值N_(t)N_(p)/Nd_(2)敏感于核子密度涨落与关联,是一个较好的寻找QCD相变信号的可观测量。进一步,基于输运模型对于重离子碰撞中的手征相变的模拟发现,当系统的相轨迹经过一阶相变区域时,轻核产额比值N_(t)N_(p)/Nd_(2)有明显增加。这些结果为利用重离子碰撞中的轻核产生寻找QCD相变提供了理论依据。

双探头高纯锗γ谱仪灵敏度研究

在暗物质和中微子等稀有衰变实验中,探测器材料中的放射性核素衰变所产生的射线诱发实验本底,其沉积能量可能与信号能区重叠。精确测量探测器材料的放射性,更好地理解本底来源和控制实验本底是提升探测器灵敏度的关键。高纯锗γ谱仪能量分辨率高,对样品几何形状没有要求,不需要对样品进行破坏性加工,是广泛应用的放射性测量仪器之一。PandaX合作组在锦屏地下实验室已搭建两套高纯锗γ谱仪(JP1和JP2),为暗物质和中微子实验甄选低本底材料。为提升高纯锗γ谱仪的灵敏度,精确测量更低放射性的材料,我们在现有JP1的基础上,设计双探头高纯锗γ谱仪。通过提升效率和降低本底两种方法,对暗物质和中微子实验关心的不同核素,相比于现有JP1,双探头高纯锗γ谱仪灵敏度预期可提升2~4倍。双探头高纯锗γ谱仪还可以用γ-γ符合方法测量小尺寸的样品,这种测量方式的灵敏度随测量时间有显著提升。

铜表面氡子体去除方法研究

由于铜本身的放射性极低,因此铜是稀有衰变实验中经常使用的材料之一。在实验探测器的组装过程中,铜暴露在含有氡气的空气中,氡的衰变子体(210Pb、210Bi和210Po)沉积在铜表面,其α、β和γ衰变导致实验本底增加。为了抑制该类放射性本底,需要对铜表面进行清洁。采用8种酸洗配方对铜表面进行处理,在酸洗前后利用α探测器测量铜表面210Po的计数,进而得到每种配方对210Po的去除效率,其中5%柠檬酸加8%双氧水酸洗配方对铜表面210Po的去除效率最高,可达到(99.93±2.31)%。针对该配方,利用电感耦合等离子质谱仪测量铜表面放射性232Th和238U,证明表面钝化层的232Th和238U含量低于ng·g^(−1)量级。

原子核质量及相关物理量的系统研究

原子核质量(或结合能)和电荷半径是原子核的基本物理量,在原子核物理和核天体物理等领域具有重要意义。本工作主要讨论原子核质量及其相关物理量(如中子-质子相互作用、对能、分离能、α衰变能和库仑能等)、原子核电荷半径等的系统规律。这些系统规律不仅是高精度外推预言未知原子核质量和电荷半径等的实用方法,还对原子核对称能和Wigner能系数提供了有效约束,为原子核低激发态集体运动演化的研究提供了简单线索。作为附件(见科学数据银行),给出了基于这些系统规律得到的原子质量剩余(或结合能)和原子核电荷半径等预言结果。

基于HIAF集群的高强度缪子、反质子次级束产生及其物理研究展望

粒子物理高强度前沿研究可以揭示超出标准模型的新物理规律,是探索高能标物理的灵敏探针.本文概述了基于缪子和反质子束流开展的部分高强度前沿关键科学问题,包括带电轻子味破缺、缪子反常磁矩的高精度测量等实验的物理目标和当前进展,展望了基于我国惠州强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility, HIAF)集群开展缪子物理和反质子物理的可行性.基于信号事例的统计量的初步分析表明, HIAF集群将能够提供极具国际竞争力的高流强缪子和反质子束流,具备将缪子电子转换效率R_(μe)上限推至10^(–19)量级、缪子反常磁矩的精度提高到0.07 ppm的潜力.