近代物理系教改设想

立足国内,面向廿一世纪加快培养基础研究、基础应用研究及高技术发展研究的高层次人才是当务之急,中国科大有一支群体水平高的教学科研教师队伍,又能招收高质量的本科生,对教学进行适当的改革,将能有效地承担这一历史使命。

近代物理系的高能物理研究现状

文章简要介绍了中国科学技术大学近代物理系的高能物理唯象理论和实验研究的发展现状,并总结了最近几年中取得的进展情况.

复杂系统理论在社会治理中的应用综述

经济持续发展和社会不断进步对社会治理现代化提出了新的要求。社会是一个典型的复杂系统,社会治理研究迫切需要从复杂系统的角度,依靠多学科的交叉融合,从整体上加以解决。该文选取复杂系统相关研究方法,对社会治理中疫情防控、谣言管控、智慧交通和智慧消防4个典型场景进行了重点分析,总结了复杂系统理论在社会治理领域应用中存在的问题,对下一步主要发展的方向进行了展望。

基于带外实时校准的多通道通信系统设计

针对5G移动通信多天线波束成形的应用需求,本文设计并实现了一种多通道软件无线电通信系统,并基于该系统实现了宽带多通道多频点同步校准。为解决多通道同步误差随环境温度等因素漂移的问题,本文创新性地提出来一种基于带外校准信号的实时同步方案。该方案在OFDM通信的冗余带宽内插入校准信号来追踪多通道响应误差随时间漂移,并对带内有效信号进行补偿。在1 GHz频点下,系统通过实时校准方式有效补偿了系统温度变化带来的2.8℃相位响应误差漂移和0.2 dB的幅度响应误差漂移。经过初始化校准和实时校准后,在40℃~80℃的温度区间内相位误差控制在0.4℃以内,幅度响应误差控制在0.05 dB以内。该方案不仅能够实现更高的精度,而且对于用户端全透明,无需中断通信作业就可以进行校准,对于5G多通道同步设计具有重要的参考意义。

一种用于DOA估计的高精度同步多天线系统设计

信号波达方向估计(DOA)是确定信源或目标的关键技术之一,广泛应用于雷达、通信和导航等领域。设计并实现了一个基于FPGA和多片AD9361的用于DOA估计的高精度同步多天线系统。该系统采用校准源反馈到各接收通道的硬件设计,结合FFT精确估计相位差,并利用迭代优化校准方式进行补偿,从而实现高精度同步。该系统具有高精度、高稳定、小型轻便的优势。经测试,该系统在100 MHz至1.25 GHz频带内能够快速收敛到±0.2°多通道相位误差,并能够在99.74%时间内保持稳定在该区间。相比于共用外部本振的同步方式,该设计简化本振系统设计,相位误差从±5°减小到±0.2°,且具有易实现、易拓展、实时性的优势。

基于高精度采样和控制系统的扫描电子显微镜高压高稳定电源

针对扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)高分辨率和全天候工作的严格要求,提出并研制了具备高稳定度以及绝缘性能优良的200 kV高稳定性高压直流电源。实验表明该系统能达到3.42‰的开关纹波和2.45‰的工频纹波,每小时的长期稳定性达到0.093‰~0.158‰,能够满足SEM对纹波和稳定性的要求。

推荐系统、信息挖掘及基于互联网的信息物理研究

介绍由中国科学技术大学统计物理复杂系统研究组、上海理工大学复杂系统科学研究中心、电子科技大学互联网研究中心和瑞士弗里堡大学物理系所组成的研究团队在国家自然科学基金项目:基于复杂网络的复杂系统动力学及统计行为的研究;动态评价网络的统计分析与信息挖掘;人类行为的动力学和统计力学研究及重大研究计划支持下所完成的关于推荐系统、信息挖掘及基于互联网的信息物理研究方面的工作和研究进展。

LAMOST0级观测控制系统物理模型

面向对象方法是一种新的软件工程方法，对象模型技术是当前流行的面向对象的建模技术，为了能理解LAMOST观测控制系统的设计和运行过程，需要用面向对象方法进行物理建模。本文重点介绍LAMOST0级观测控制系统的物理模型。

近代物理实验教学改革与实践

介绍了中国科学技术大学理学院近代物理系的专业实验的改革思路、改革内容及教学实验和课程教材的建设情况.

BELLE物理实验DAQ系统中的精确时序调整

介绍了一个基于ＥＣＬｉｎＰＳ电路产生高精度程控延时脉冲信号的ＶＭＥ插件，该插件将用于ＢＥＬＬＥ物理实验ＤＡＱ系统中的精确时序调整。产生分辨率为１０ｎｓ的时序控制信号。

大型ICF实验物理诊断系统的集中控制设计

大型惯性约束聚变(ICF)实验中需要配备精密的物理诊断集中控制系统,以保证实验能够安全、高效地进行。针对国内正在建设的ICF大型激光装置,提出了一个完整的物理诊断集中控制系统构建框架。该ICF的物理诊断集中控制系统分两个层次。上层是管理控制层,由大型计算机组建的工作站和服务器构成,提供集中式操作控制、状态报告、数据采集、管理、处理和集中显示。下层是由大量嵌入式处理器构成的实时控制层,它直接面对装置各部分的控制点,由上层管理系统来协调下层每个处理器工作。采用现场可编程门阵列(FPGA)技术为该系统设计了两个子控制系统:在FPGA上为指令同步系统实现了一个高性能的嵌入式片上系统平台;利用FPGA将同步触发信号系统整合到PXI系统中实现集中控制。

复杂系统结构及动力学现象的统计物理研究

近年来生物学、信息学和社会科学海量数据的积累,推动了各类定量分析手段的发展.统计力学作为联系多体系统微观与宏观描述的数学理论,在复杂性科学的发展历程中正发挥着作用.本文结合复杂网络和非平衡态系统的若干研究成果,对统计物理方法在复杂现象的描述、主要变量及其相互依赖关系的确定、模型的提出与分析、及普适性规律的发现等方面的进展作一简单介绍,并探讨统计物理学与相应学科深层次交叉所面临的机遇和挑战.

一种低波动的可程控恒温箱控制系统设计

恒温箱在人们的生产生活和科学研究中有重要作用,如温补晶振参数的测量和补偿等。设计并实现了一种低波动的可程控轻便型恒温箱控制系统。恒温箱采用动态调整工作电压的方式来控制陶瓷加热片或半导体制冷片的功率,从而实现温度的恒定控制。该恒温箱具有温度波动小、支持温度曲线程控、小型轻便的优点。经测试,本设计实现的恒温箱控温范围为-15℃~80℃,稳定时温度波动度为±0.2℃。另外,相比于采用脉宽调制控制方法的恒温箱,该恒温箱有更低的系统电磁辐射和更高的制冷效率,在同样电源输入功率的条件下,可以使温度进一步降低12.9℃。

一种用于核与粒子物理实验数字化的多重数触发判选电路设计

核与粒子物理实验中,因实验本底与探测器噪声影响,实验需要通过触发判选机制筛选出有效物理事例,剔除掉本底噪声。针对物理实验高事例率情况下基于击中多重数(Hit multiplicity,NHit)的触发判选需求,设计了一种高性能数字触发判选电路。该电路具有13路高速串行通信接口,支持光纤数据传输与千兆网络通信;板载32 Gb DDR4缓存与高性能FPGA,以支持大容量高速存储与实时数据处理。基于该电路可运行实时的硬件NHit触发算法,从而实现对前端数据的快速触发判选与数据读出,同时该电路便于扩展,可灵活地用在不同的物理实验上。经过测试验证,数字触发判选电路单路光纤接口传输速率可达8.125 Gb/s,上行网络传输速率达949.3 Gb/s,DDR4缓存实际读写速率可达102.6 Gb/s,满足数字触发判选电路设计的数据传输与缓存需求。

应用于高速MDI-QKD系统的脉冲激光器研制

在高速测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)系统中,高成码率是实现远距离量子通信的关键。为实现更高的成码率,系统各环节对光源有着更多的要求。针对这些要求设计了应用于高速MDI-QKD系统的脉冲激光器电路。通过对外部或内部触发信号的模拟调理及驱动设计,实现了脉冲激光的产生;通过模拟PID控制与双向TEC电流控制,实现了温度的稳定。最终获得的脉冲光能够实现最高1.25 GHz重复频率、24.2 ps脉冲半高宽、30 dB消光比、0.95 pm波长抖动以及2.014 nm波长调谐范围的输出,有利于成码率的提高,满足高速MDI-QKD系统的要求。

基于白兔时间同步协议的加速器节点时钟同步系统

提出了一种基于白兔时间同步协议,利用SPARTAN-6系列现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)实现多节点亚纳秒级别时间同步,并通过测量触发信号到达时间,根据设置的延迟进行恢复,从而实现高于120 ps时间分辨率。该方法能够精确控制多节点信号发生的绝对时间,具有广泛的应用前景。特别地,该方法可应用于同步辐射加速器中,提高实验数据的准确性和稳定性,有望在材料科学、生物学和化学等领域中得到广泛应用。该研究成果为同步辐射加速器的研究和实验提供了新的解决方案,有望推动同步辐射技术的发展,为科学研究和工程应用提供更多可能。

医院中子照射器治疗束中子参数测量

为了对医院中子照射器的设计指标进行验证,利用金箔活化法测量了其治疗束出口处中子注量率,并采用金刚石探测单元的扫描装置测量治疗束出口处热中子、超热中子、快中子和γ射线注量率的径向分布。结果显示,在30 kW满功率运行时,热中子束及超热中子束出口中心处,热中子注量率分别为1.75×10^(9)cm^(-2)·s^(-1)和6.57×10^(7)cm^(-2)·s^(-1),超热中子注量率分别为1.41×10^(7)cm^(-2)·s^(-1)和3.14×10^(8)cm^(-2)·s^(-1);治疗束主要分布在束流孔径内,靠近束流边缘会出现指数级下降现象。该测量结果为医院中子照射器开展后续相关测试及实验提供了参数支持。

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。

量子力学表示理论的一种实现

量子力学创立伊始,狄拉克就关注到了一般表示的问题,其后量子力学的发展又引入了福克态、相干态等表示。好的表示应能提供正交归一的完备基,同时又能给出问题的严格解析解或者允许方便地得到近似解,但这常常是做不到的。我们意识到此前得到的相干态正交化方法恰恰满足表示理论的一般性要求,且因为包含自由参数为构造归一化的完备正交基实际上提供了无限的选择,这样甚至在解决问题的过程中都可以灵活地选择不同的表示,从而带来计算量的大幅减小。通过对不同耦合强度下的近共振态Rabi模型最初10个能级的计算,并同关联的JC模型的结果相比较,验证了相干态正交化方法的有效性。

四氟化碳分子电离解离过程中的异构化动力学

采用离子动量成像谱仪研究了能量为1.0 ke V的电子束碰撞条件下CF_(4)分子的解离动力学.实验上,对解离离子的三维动量进行了成像测量,通过离子飞行时间关联谱识别了CF_(4)^(2+)异构化生成F_(2)^(+)分子的两个通道:F_(2)^(+)+CF_(2)^(+)与CF^(+)+F_(2)^(+)+F,得到了两个通道的离子动能及动能释放分布.对于其中的三体解离通道,我们进一步采用Dalitz图与Newton图等三体动力学分析方法对解离碎片的动量关联进行了分析.该通道以两个带电离子的背对背出射为主,中性的F原子作为旁观者只得到极小的反冲动量.