物理学前沿专题课件
合集下载
物理学专业前沿讲座 PPT课件
1905年爱因斯坦提出了相对性理论；提出了四维时空的 新概念 ;提出了质能关系及其著名表达式E=mc2
1911年卢瑟福提出了原子的核式模型，但存在困难，需要改造
1913年玻尔完善原子结构理论: 1）定态假设； 2）量子化假设；3）跃迁假设
2021/2/19
Page 9
工程技术
现代物理学
一、原子核衰变
1Ci3.7110 s01
在我国放射性活度的法定单位是贝可勒尔(Bq) 表示每秒衰变一次的计量
1Ci3.71010Bq
2021/2/19
Page 18
工程技术
现代物理学
三、原子核的组成
1) 由氢的原子核——质子组成 2）由质子和电子组成 3）由质子与一种中性粒子——中子组成
1919年，卢瑟福提出中子概念 1932年，查德威克发现中子
亏损质量对应着相对论能量
E A m A c 2 ( Z P m ( A Z ) m n m A ) c 2
例如，氘核的质量 md 2.01355u2
其质量亏损是
m dm Pm nm d0.002u388
对应的结合能
m2c0.002c232 8.28M 3u eV
2021/2/19
Page 32
2021/2/19
Page 28
工程技术
现代物理学
核子交换介子的作用图像
2021/2/19
Page 29
工程技术
现代物理学
核力的基本特征：（1）属于强作用，是电 磁作用强度的100多倍；（2）为短程力， 其有效力程大约仅有1.71015m；（2）与 电荷无关，即不同核子间的核力基本相同， 从而表现出与电荷无关的性质；（3）具有 饱和性，即每个核子只能与邻近的核子发 生核力作用，因为如果假定不是这样，那 么质量数越大的核，其核力作用也会越强， 结果就必然导致核密度的增加。
1911年卢瑟福提出了原子的核式模型，但存在困难，需要改造
1913年玻尔完善原子结构理论: 1）定态假设； 2）量子化假设；3）跃迁假设
2021/2/19
Page 9
工程技术
现代物理学
一、原子核衰变
1Ci3.7110 s01
在我国放射性活度的法定单位是贝可勒尔(Bq) 表示每秒衰变一次的计量
1Ci3.71010Bq
2021/2/19
Page 18
工程技术
现代物理学
三、原子核的组成
1) 由氢的原子核——质子组成 2）由质子和电子组成 3）由质子与一种中性粒子——中子组成
1919年，卢瑟福提出中子概念 1932年，查德威克发现中子
亏损质量对应着相对论能量
E A m A c 2 ( Z P m ( A Z ) m n m A ) c 2
例如，氘核的质量 md 2.01355u2
其质量亏损是
m dm Pm nm d0.002u388
对应的结合能
m2c0.002c232 8.28M 3u eV
2021/2/19
Page 32
2021/2/19
Page 28
工程技术
现代物理学
核子交换介子的作用图像
2021/2/19
Page 29
工程技术
现代物理学
核力的基本特征：（1）属于强作用，是电 磁作用强度的100多倍；（2）为短程力， 其有效力程大约仅有1.71015m；（2）与 电荷无关，即不同核子间的核力基本相同， 从而表现出与电荷无关的性质；（3）具有 饱和性，即每个核子只能与邻近的核子发 生核力作用，因为如果假定不是这样，那 么质量数越大的核，其核力作用也会越强， 结果就必然导致核密度的增加。
探索微观世界粒子物理学的前沿研究
探索微观世界粒子物理学的前沿研究粒子物理学是研究物质最基本的组成部分和相互作用规律的学科，被誉为揭开自然奥秘的“钥匙”。
近年来，随着科技的快速发展和研究水平的提高，微观世界的探索进入了一个前所未有的新阶段。
本文将以多个方面为依据，探索微观世界粒子物理学的前沿研究。
一、强子物理强子物理研究的是构成核子的基本粒子——夸克和胶子的性质和相互作用规律。
强子物理的一个重要分支是量子色动力学（Quantum Chromodynamics, QCD），它描述了强子中强相互作用的基本规律。
在粒子物理中，夸克是强子的基本组成部分，在动力学上，夸克和胶子的相互作用对于了解物质的性质至关重要。
近年来，科学家们利用探测器精确地测量了夸克的参数和相互作用，深入研究夸克的内部结构和动力学行为。
二、电弱物理电弱物理是研究电荷、电磁力、弱相互作用等基本性质的物理学分支。
它主要研究电磁力和弱相互作用在微观世界中如何相互影响和统一。
电弱物理的一大突破是发现了矢量玻色子，验证了统一理论的正确性。
通过精确测量希格斯玻色子的质量和衰变模式，科学家们进一步验证了电弱统一理论，并对希格斯场和粒子的特性有了更加深入的了解。
三、粒子探测技术为了研究微观世界，科学家们发展了一系列粒子探测技术。
加速器技术是研究微观粒子的一项关键技术，其中包括线性加速器、环形加速器等。
这些加速器可以使得粒子获得高能量并与其他粒子进行碰撞，从而产生各种新的粒子。
同时，粒子探测器也发挥了重要作用，如大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS和CMS实验，以及电子-正电子对撞机（BEPCII）上的BESIII实验等。
这些探测器的建设和使用，为粒子物理学的发展提供了重要的实验数据。
四、超对称理论超对称理论是粒子物理学的一个重要研究领域。
它提出了新的粒子和相互作用形式，从而解释了目前粒子物理学中的一些未解之谜。
超对称理论预言了一类被称为“超对称粒子”的新粒子，它们与已知的粒子具有相同的质量和自旋，但其他性质上存在差异。
物理学的重大进展ppt13 人教课标版
物体，这引力和两个物体的 质量乘积成正比，和其距离 平方成反比。
经典力学
特点：注重实验，数学化
意义：
• 1.经典力学体系的建立标志着 近代科学的形成
• 2.表明了科学的预见力和对实 践的理论指导意义
• 3.经典力学及其后物理学的众 多研究成果，促进了资本主义 的两次科技革命的出现
牛顿在其他学科的重要贡献——
微观世界
A、①②③ B、②③④ C、①③④ D、①②④
现代物理学的基础是
A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子理论、相对论
1，生活不会惯着你，想要不被抛弃，必须自己争气2，所有的嫉妒都只是因为你没出息。3，敬往事一杯酒，自此不再回头4，人只能活一回，梦想却有无数个，唯有放手一搏，才能知道机会属不属于自己。5，只要肯努力，想要的都能自己得到。6，不 努力你要未来干什么。7，因为不能天生丽质，所以只能天生励志。8，没有什么才能比努力更重要。9，现在的你决定将来的你。10，路是走出来的，而不是空想出来的。11，拼搏到无能为力坚持到感动自己。没有野心的女人不漂亮。12，梦像是永远 不可凋零的花。13，你一事无成，还在那里傻乐。4，今天做的一切挣扎都是在为明天积蓄力量，所以别放弃。15，未来可能遥远，但不轻易放弃。16，历史只会记住有野心的人。17，我的青春不要留白，我敢异想就会天开。18，你还年轻，别凑合过。 19，这个世界没有重来二字，所以不如一切趁早20，要么努力向上爬，要么烂在社会最底层的泥淖里。既然选择了远方，便只顾风雨兼程。21，曾经输掉的东西，只要你想，就一定可以再一点一点赢回来22，如果这世界上真有奇迹，那只是努力的另一 个名字。23，时间告诉我们，无理取闹的年龄过了，该懂事了。24，你必须跳下悬崖，在坠落空中生出翅膀。25，坚持了才叫梦想，放弃了就只是妄想26，跌倒不算是失败，爬不起来才算是失败。27，你的人生除了你自己，谁也毁不掉28，你才十七八 岁，你可以成为任何你想成为的人。29，有梦想并为之努力的人都好可爱哦，我也要做可爱的人。30，因为生活就如此，弱小就该死。31，只有蓬勃野心，没有日月风情。32，勤奋是你生命的密码，能译出你一部壮丽的史诗。33，你要记住你不是为别 人而活，你是为自己而活。34，我怕我配不上自己所受的苦难。35，姑娘，好好的活下去，活给那些瞧不起你的人看着。36，成功的速度一定要超过父母老去的速度37，爱就努力，不爱就放弃，一生那么短，你有什么理由不勇敢。38，天赋比你好的人 都在努力。39，没有人会嘲笑竭尽全力的人。40，别人拥有的，你不必羡慕，只要努力，你也会拥有。41，别只顾着羡慕别人忘了给自己掌声。42，只要你不跪着这个世界没人比你高。1.靠谁不如靠自己，做谁都不如做自己，谁好都不如自己好。2.不 要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。3.我的个性取决于我是谁，我的态度要看看你是谁4.一个人至少拥有一个梦想，有一个理由去坚强。心若没有栖息的地方，到哪里都是在流浪5.我不是天生 的王者，但我骨子里流着不服输的血液6.不是我不好，而是你不配7.生活不是等待风暴过去，而是学会在雨中翩翩起舞。8.做真实的自己，不要为了取悦别人或试图成为某个人。做你最原始的自己，比做任何人的复制品都来得好。9.生活总是让我们遍体 鳞伤，但到后来，那些受伤的地方一定会变成我们最强壮的地方。10.你必须去面对你不愿意面对的各种人，你的承受力会越来越好。生活就是你开始接受你不得不做的那些你不喜欢的事。但是，当你发现，所有你不愿意做的事情，都是为了那件你喜欢 的事而做准备，所有的忍耐和痛苦就都会觉得是值得的了。11.人生总是这样，在不经意间伤害到别人，又在不经意间被别人伤害。12.一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。13.无论你昨晚经历了怎样的 泣不成声，早上醒来这个城市依旧车水马龙。14.好好过你的生活，不要老是忙着告诉别人你在干嘛，也许他们并不想知道。15.世界上最远的距离不是树与树的距离，而是同根生长的树枝，却无法在风中相依。16.做该做的事，按照自己的愿望，踏踏实 实地去学好本领。17.人生修的就是无常，请珍惜每一个当下，珍惜眼前人，失去了就回不来了。18.一个人能坏到什么程度，看他张狂的时候就清楚了；同样，一个人会好到什么程度，看他困厄的时候就知道了。得意的时候看他做什么，落魄的时候看他 不做什么，从放纵和坚守透露出的，往往是最真的品性。19.奋斗的火苗在冒发，碰触心的温度，简单的充实，简单的满足。一个人的道路，也不孤独。20.失败，并不是说明你差，而是提醒你该努力了。一、混就混出个名堂，学就学出个样子，要么出人 头地，要么人头落地。二、我们这么拼，这么努力赚钱，就是为了要用“老子有钱”四个字，去堵住所有人的嘴。三、做自己的决定。然后准备好承担后果。从一开始就提醒自己，世上没有后悔药吃。四、只有不断超越才有不断进步，在人生道路上， 最大的敌人莫过于自己，战胜自己的胆怯就坚强，任何浮躁心态，都会给成功带来巨大的祸害。五、用人情做出来的朋友只是暂时的，用人格吸引来的朋友才是长久的。要知道，丰富自己比取悦他人更有力量。六、尺有所短，寸有所长，永远抱一颗谦 卑的心，才能让自己更加完善。人生没有完美，只有完善；岁月没有十全十美，只有尽量。七、不要做廉价的自己，不要随意去付出，不要一厢情愿去迎合别人，圈子不同，不必强融。八、生活再不如人意，都要学会自我温暖和慰藉，给自己多一点欣 赏和鼓励。九、自己喜欢的东西，就不要问别人好不好看。喜欢胜过所有道理，原则抵不过我乐意。十、世界上最好的保鲜，就是不断进步，努力让自己成为更好的人，这比什么都重要。十一、千万别因为别人宠你包容你呵护你，就以为他们喜欢你的 所有，该改的还是要改，这样才能对得起别人毫无保留的偏袒和纵容十二、能管理好自己的情绪，你就是优雅的；能控制好自己的心态，你就是成功的。十三、当你觉得自己不如人时，不要自卑，记得你只是平凡人。当别人忽略你时，不要伤心，每个 人都有自己的生活，谁都不可能一直陪你。十四、你自以为的极限，只是别人的起点，在约定俗成的世界里，倔强地活成自己喜欢的样子，大胆尝试做不一样的自己。十五、我们都得经历一段努力闭嘴不抱怨的时光，才能熠熠生辉，才能去更酷的地方， 成为更酷的人。十六、不要放弃自己的内心，因为你自己的人生道路，最终只能自己走下去，如果违背了自己的本心，那便无法快乐。十七、年轻，那么短暂，那么迷茫。如果你不能给自己一张耀眼的文凭，一段荡气回肠的爱情，那么，你还可以给自 己一个九成九会遭到嘲笑的梦想。因为，总有一天，它会让你闪闪发光。十八、做你自己，说出你的感受，因为那些对你重要的人不会介意，而那些介意的人对你并不重要。十九、除了靠自己，靠谁都是不靠谱。这世上没有谁会心甘情愿一直被你依靠。 靠自己，才能把事情做到最好；靠自己，才能学到真本事，真正解决问题；靠自己，人生才不会输。二十、做一个特别简单的人，不期待突如其来的好运，经营好自己，珍惜眼前的时光。往事不回头，未来不将就，你若盛开，蝴蝶自来。二十一、不要 为别人委屈自己，改变自己。你是唯一的你，珍贵的你，骄傲的你，美丽的你。一定要好好爱自己。二十二、这个世界上已经有很多人和事让你失望了，而最不应该的，就是自己还令自己失望！二十三、过去的事不要想，因为你无法改变过去；将来的
经典力学
特点：注重实验，数学化
意义：
• 1.经典力学体系的建立标志着 近代科学的形成
• 2.表明了科学的预见力和对实 践的理论指导意义
• 3.经典力学及其后物理学的众 多研究成果，促进了资本主义 的两次科技革命的出现
牛顿在其他学科的重要贡献——
微观世界
A、①②③ B、②③④ C、①③④ D、①②④
现代物理学的基础是
A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子理论、相对论
1，生活不会惯着你，想要不被抛弃，必须自己争气2，所有的嫉妒都只是因为你没出息。3，敬往事一杯酒，自此不再回头4，人只能活一回，梦想却有无数个，唯有放手一搏，才能知道机会属不属于自己。5，只要肯努力，想要的都能自己得到。6，不 努力你要未来干什么。7，因为不能天生丽质，所以只能天生励志。8，没有什么才能比努力更重要。9，现在的你决定将来的你。10，路是走出来的，而不是空想出来的。11，拼搏到无能为力坚持到感动自己。没有野心的女人不漂亮。12，梦像是永远 不可凋零的花。13，你一事无成，还在那里傻乐。4，今天做的一切挣扎都是在为明天积蓄力量，所以别放弃。15，未来可能遥远，但不轻易放弃。16，历史只会记住有野心的人。17，我的青春不要留白，我敢异想就会天开。18，你还年轻，别凑合过。 19，这个世界没有重来二字，所以不如一切趁早20，要么努力向上爬，要么烂在社会最底层的泥淖里。既然选择了远方，便只顾风雨兼程。21，曾经输掉的东西，只要你想，就一定可以再一点一点赢回来22，如果这世界上真有奇迹，那只是努力的另一 个名字。23，时间告诉我们，无理取闹的年龄过了，该懂事了。24，你必须跳下悬崖，在坠落空中生出翅膀。25，坚持了才叫梦想，放弃了就只是妄想26，跌倒不算是失败，爬不起来才算是失败。27，你的人生除了你自己，谁也毁不掉28，你才十七八 岁，你可以成为任何你想成为的人。29，有梦想并为之努力的人都好可爱哦，我也要做可爱的人。30，因为生活就如此，弱小就该死。31，只有蓬勃野心，没有日月风情。32，勤奋是你生命的密码，能译出你一部壮丽的史诗。33，你要记住你不是为别 人而活，你是为自己而活。34，我怕我配不上自己所受的苦难。35，姑娘，好好的活下去，活给那些瞧不起你的人看着。36，成功的速度一定要超过父母老去的速度37，爱就努力，不爱就放弃，一生那么短，你有什么理由不勇敢。38，天赋比你好的人 都在努力。39，没有人会嘲笑竭尽全力的人。40，别人拥有的，你不必羡慕，只要努力，你也会拥有。41，别只顾着羡慕别人忘了给自己掌声。42，只要你不跪着这个世界没人比你高。1.靠谁不如靠自己，做谁都不如做自己，谁好都不如自己好。2.不 要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。3.我的个性取决于我是谁，我的态度要看看你是谁4.一个人至少拥有一个梦想，有一个理由去坚强。心若没有栖息的地方，到哪里都是在流浪5.我不是天生 的王者，但我骨子里流着不服输的血液6.不是我不好，而是你不配7.生活不是等待风暴过去，而是学会在雨中翩翩起舞。8.做真实的自己，不要为了取悦别人或试图成为某个人。做你最原始的自己，比做任何人的复制品都来得好。9.生活总是让我们遍体 鳞伤，但到后来，那些受伤的地方一定会变成我们最强壮的地方。10.你必须去面对你不愿意面对的各种人，你的承受力会越来越好。生活就是你开始接受你不得不做的那些你不喜欢的事。但是，当你发现，所有你不愿意做的事情，都是为了那件你喜欢 的事而做准备，所有的忍耐和痛苦就都会觉得是值得的了。11.人生总是这样，在不经意间伤害到别人，又在不经意间被别人伤害。12.一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。13.无论你昨晚经历了怎样的 泣不成声，早上醒来这个城市依旧车水马龙。14.好好过你的生活，不要老是忙着告诉别人你在干嘛，也许他们并不想知道。15.世界上最远的距离不是树与树的距离，而是同根生长的树枝，却无法在风中相依。16.做该做的事，按照自己的愿望，踏踏实 实地去学好本领。17.人生修的就是无常，请珍惜每一个当下，珍惜眼前人，失去了就回不来了。18.一个人能坏到什么程度，看他张狂的时候就清楚了；同样，一个人会好到什么程度，看他困厄的时候就知道了。得意的时候看他做什么，落魄的时候看他 不做什么，从放纵和坚守透露出的，往往是最真的品性。19.奋斗的火苗在冒发，碰触心的温度，简单的充实，简单的满足。一个人的道路，也不孤独。20.失败，并不是说明你差，而是提醒你该努力了。一、混就混出个名堂，学就学出个样子，要么出人 头地，要么人头落地。二、我们这么拼，这么努力赚钱，就是为了要用“老子有钱”四个字，去堵住所有人的嘴。三、做自己的决定。然后准备好承担后果。从一开始就提醒自己，世上没有后悔药吃。四、只有不断超越才有不断进步，在人生道路上， 最大的敌人莫过于自己，战胜自己的胆怯就坚强，任何浮躁心态，都会给成功带来巨大的祸害。五、用人情做出来的朋友只是暂时的，用人格吸引来的朋友才是长久的。要知道，丰富自己比取悦他人更有力量。六、尺有所短，寸有所长，永远抱一颗谦 卑的心，才能让自己更加完善。人生没有完美，只有完善；岁月没有十全十美，只有尽量。七、不要做廉价的自己，不要随意去付出，不要一厢情愿去迎合别人，圈子不同，不必强融。八、生活再不如人意，都要学会自我温暖和慰藉，给自己多一点欣 赏和鼓励。九、自己喜欢的东西，就不要问别人好不好看。喜欢胜过所有道理，原则抵不过我乐意。十、世界上最好的保鲜，就是不断进步，努力让自己成为更好的人，这比什么都重要。十一、千万别因为别人宠你包容你呵护你，就以为他们喜欢你的 所有，该改的还是要改，这样才能对得起别人毫无保留的偏袒和纵容十二、能管理好自己的情绪，你就是优雅的；能控制好自己的心态，你就是成功的。十三、当你觉得自己不如人时，不要自卑，记得你只是平凡人。当别人忽略你时，不要伤心，每个 人都有自己的生活，谁都不可能一直陪你。十四、你自以为的极限，只是别人的起点，在约定俗成的世界里，倔强地活成自己喜欢的样子，大胆尝试做不一样的自己。十五、我们都得经历一段努力闭嘴不抱怨的时光，才能熠熠生辉，才能去更酷的地方， 成为更酷的人。十六、不要放弃自己的内心，因为你自己的人生道路，最终只能自己走下去，如果违背了自己的本心，那便无法快乐。十七、年轻，那么短暂，那么迷茫。如果你不能给自己一张耀眼的文凭，一段荡气回肠的爱情，那么，你还可以给自 己一个九成九会遭到嘲笑的梦想。因为，总有一天，它会让你闪闪发光。十八、做你自己，说出你的感受，因为那些对你重要的人不会介意，而那些介意的人对你并不重要。十九、除了靠自己，靠谁都是不靠谱。这世上没有谁会心甘情愿一直被你依靠。 靠自己，才能把事情做到最好；靠自己，才能学到真本事，真正解决问题；靠自己，人生才不会输。二十、做一个特别简单的人，不期待突如其来的好运，经营好自己，珍惜眼前的时光。往事不回头，未来不将就，你若盛开，蝴蝶自来。二十一、不要 为别人委屈自己，改变自己。你是唯一的你，珍贵的你，骄傲的你，美丽的你。一定要好好爱自己。二十二、这个世界上已经有很多人和事让你失望了，而最不应该的，就是自己还令自己失望！二十三、过去的事不要想，因为你无法改变过去；将来的
物理学的重大进展pptPPT课件
结合教材知识和以上材 料思考：观察和实验的科学 探究方式还为伽利略带来了 什么学术成就？它对人类产 生了什么影响？
第8页/共35页
（1）伽利略的贡献：
①创立科学的研究方法：实验和观察。 ②物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。
③天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼 “日心说”的正确性。
第5页/共35页
经典力学体系建立 的历史背景是什么？
（近代自然科学形成的背景）
第6页/共35页
1、16世纪末17世纪初物理学发展的历史条件
（1）社会前提：文艺复兴运动对科学研究 产生了重要影响； （2）物质条件：资本主义发展为其提供了 物质基础 ； （3）主观条件:科学家勇于探索的精神。
第7页/共35页
普朗克 （1858—1947）
第27页/共35页
1、量子论诞生的历史背景
（1） 19c末20c初，电子和放射性的发现使 人们对物质的认识深入到原子内部。
（2） 实验表明，微观粒子的运动不能用通 常的宏观物体的运动规律进行描述。
第28页/共35页
2、量子论的诞生
1900年，德国物理学家普朗克提 出量子假说，宣告量子论诞生。
4、量子论的重要影响
（1）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是 20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。 （2）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础， 弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的 不足。 （3）改变了人们认识世界的角度和方式。
第31页/共35页
经典力学、相对论、量子论的关系：
第11页/共35页
牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？
（1）力学方面：
1687年，出版了《自然哲学的教学原理》 一书，提出物理运动的三大定律和万有引力定
凝聚态物理前沿讲座 ppt课件
SCF
Kohn-Sham
2 V K [( S r )i ( ] r ) E ii ( r )ESilnecgtlreo-pnasrticle
Hellmann-Feynman
MD
Force and Stress
ppt课件
Self-consistent Solver for KS problem
ppt课件
Our Method
1. First-principles calculations based on DFT 2. Plane-wave basis 3. Ultra-soft Pseudo-potential 4. LDA, GGA, LDA+U, etc… 5. Virtual crystal approximation (VCA) 6. Real space RMM for larger systems 7. Full parallelization by MPI
1 2 2V ef[f(r) ]i(r)ii(r)
occu
SCF
(r) |i |2
i
V ef(r f)vex (rt)| r( rr ')'|d' rE x[c (r ()r)]
LDA GGA LDA+U
E [( r ) T ] [( r ) ] v e( r x )t( r ) d 1 2 r|( r r ) r ( 'r |') d' r E X [ d C ( r )r ]
Real Space (no FFT)
Reciprocal Space (with FFT)
Finite element Finite difference Multi-grid Adaptive Wavelet …
物理前沿专题讲座
量子物理相关的诺贝尔物理学奖
…... 1985年，量子霍尔效应 1986年，扫描隧道显微镜 1989年，离子阱 1996年，氦-3超流 1997年，激光制冷 1998年，分数量子霍尔效应 2001年，玻色-爱因斯坦凝聚态 2003年，超导，超流 2007年，巨磁阻效应 2012年，量子操控
BEC
超流 超导
玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)
1924年玻色和爱因斯坦就从理论上预言存在另外的一种物质状态— —玻色爱因斯坦冷凝态，即当温度足够低、原子的运动速度足够慢 时，它们将集聚到能量最低的同一量子态。此时，所有的原子就象 一个原子一样，具有完全相同的物理性质。 1995年，麻省理工学院的沃夫冈· 凯特利与科罗拉多大学波尔德分校 （University of Colorado Boulder）的埃里克· 康奈尔和卡尔· 威曼使用 气态的铷原子在170 nK（1.7乘10的-7次方K）的低温下首次获得了玻 色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低 的量子态，形成一个宏观的量子状态。
(1) 在量子密码学里，纠缠粒子被用来传输信息，使用这种方法，任何 窃听动作必定会留下痕迹。
(2) 在量子计算学里，纠缠量子态可以做并行计算，允许某些种运算的 速度比经典计算机快很多。
Laser Cooling (激光冷却)
激光冷却是利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超 低温原子的技术。
Chu 朱棣文
原子
原子
激光冷却
二能级原子
Temperature Landmark
core of sun surface of sun L N 2 L He
3He
sub-Doppler superfluidity cooling
物理学前沿问题一 老教授的授课 PPT
2 dx 2
（4）式 ）
ds = dt +
2
+
+
2 dx 3
( 4)
的度规为： 的度规为：
g ν
1 0 = 0 0
0 0 0 1 0 0 ≡ η ν 0 1 0 0 0 1
这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。 这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。
[2]、施瓦西（K.Schwarzschild）度规： 、施瓦西（ ）度规： 施瓦西度规形成的不变间隔为（ 的自然单位） 施瓦西度规形成的不变间隔为（取c=1的自然单位） 的自然单位
引力 物理场
等价
弯曲时空 几何场
日
地
θ
星 ★
★
1999年12月26日 1999年12月26日，
爱因斯坦
被美国《时代》 被美国《时代》周刊 评为
“世纪伟人” 世纪伟人”
小 时 侯 的 爱 因 斯 坦
爱 因 斯 坦 生 日 留 影
5、 爱因斯坦引力场方程 、
Rν
其中
1 g ν R = 8πGTν 2
可写成（ ） 可写成（5）式，具体展开式为
ds = g11dx dx + g12 dx dx + g13 dx dx
2 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2
+ g 21dx dx + g 22 dx dx + g 23 dx dx + g 31dx dx + g 32 dx dx + g 33 dx dx = dx dx + dx dx + dx dx .
dl = dx + dy + dz
2 2 2
2
（4）式 ）
ds = dt +
2
+
+
2 dx 3
( 4)
的度规为： 的度规为：
g ν
1 0 = 0 0
0 0 0 1 0 0 ≡ η ν 0 1 0 0 0 1
这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。 这称为闵可夫斯基四维平直空间的度规张量。
[2]、施瓦西（K.Schwarzschild）度规： 、施瓦西（ ）度规： 施瓦西度规形成的不变间隔为（ 的自然单位） 施瓦西度规形成的不变间隔为（取c=1的自然单位） 的自然单位
引力 物理场
等价
弯曲时空 几何场
日
地
θ
星 ★
★
1999年12月26日 1999年12月26日，
爱因斯坦
被美国《时代》 被美国《时代》周刊 评为
“世纪伟人” 世纪伟人”
小 时 侯 的 爱 因 斯 坦
爱 因 斯 坦 生 日 留 影
5、 爱因斯坦引力场方程 、
Rν
其中
1 g ν R = 8πGTν 2
可写成（ ） 可写成（5）式，具体展开式为
ds = g11dx dx + g12 dx dx + g13 dx dx
2 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2
+ g 21dx dx + g 22 dx dx + g 23 dx dx + g 31dx dx + g 32 dx dx + g 33 dx dx = dx dx + dx dx + dx dx .
dl = dx + dy + dz
2 2 2
2
凝聚态物理前沿讲座共61页PPT资料
31.03.2020
Our Method
1. First-principles calculations based on DFT 2. Plane-wave basis 3. Ultra-soft Pseudo-potential 4. LDA, GGA, LDA+U, etc… 5. Virtual crystal approximation (VCA) 6. Real space RMM for larger systems 7. Full parallelization by MPI 8. SGI, IBM-SP, Alpha, Cray, VPP, PC-
V iP o ,x( S n r) (1 x )V iP o ,a ( S n r) xiP o V ,b ( S n r)
Solve Schrodinger equation
V
PS x
For virtual ato to solve the single particle problem
31.03.2020 Pseudopotential, ASA, …
Other Problems in Simulations
1. Exchange-correlation functional 2. Strongly-correlated systems 3. Force calculation & Molecular dynamics 4. Magnetic, optical & electronic properties 5. Excited States 6. Non-equilibrium & Time-dependent process 7. Order (N) method & Large scale 8. Catalysis, Chemical reaction, Bio-systems 9. …
Our Method
1. First-principles calculations based on DFT 2. Plane-wave basis 3. Ultra-soft Pseudo-potential 4. LDA, GGA, LDA+U, etc… 5. Virtual crystal approximation (VCA) 6. Real space RMM for larger systems 7. Full parallelization by MPI 8. SGI, IBM-SP, Alpha, Cray, VPP, PC-
V iP o ,x( S n r) (1 x )V iP o ,a ( S n r) xiP o V ,b ( S n r)
Solve Schrodinger equation
V
PS x
For virtual ato to solve the single particle problem
31.03.2020 Pseudopotential, ASA, …
Other Problems in Simulations
1. Exchange-correlation functional 2. Strongly-correlated systems 3. Force calculation & Molecular dynamics 4. Magnetic, optical & electronic properties 5. Excited States 6. Non-equilibrium & Time-dependent process 7. Order (N) method & Large scale 8. Catalysis, Chemical reaction, Bio-systems 9. …
物理学前沿领域探索
精密测量物理在基础科学研究中的应用
• 精密测量物理的概念 • 定义：通过高精度、高灵敏度的实验手段，研究物质的基本性质和相互作用 • 方法：如干涉测量、量子测量、时间测量等 • 应用领域：基本粒子物理、原子物理、凝聚态物理等
• 精密测量物理的发展 • 20世纪初：精密测量物理的诞生，如迈克尔逊-莫雷实验 • 二战后：精密测量物理的发展，如激光干涉测量、原子钟等 • 现代：精密测量物理的广泛应用，如LIGO、GPS等
宇宙学与宇宙起源的理论研究
• 宇宙学 • 宇宙结构：研究宇宙中星系、星系团等大尺度结构的形成和演化 • 宇宙背景辐射：研究宇宙早期的辐射信号，揭示宇宙的起源和演化 • 宇宙膨胀：研究宇宙的膨胀历史和速度，揭示宇宙的命运
• 宇宙起源的理论研究 • 大爆炸理论：认为宇宙起源于一个高温、高密度的状态，逐渐膨胀和冷却 • 暴胀理论：认为宇宙在极短时间内经历了一次快速膨胀，解决了宇宙学的一些难题 • 弦理：认为宇宙的基本结构是由一维的弦构成的，解释了微观世界和宏观世界的统一
粒子发现
高能物理实验与粒子发 现的应用前景
• 粒子加速器：产生高能粒子的设 备，如大型强子对撞机（LHC） • 粒子探测器：检测和分析高能粒 子的设备，如CMS和ATLAS探测器 • 数据分析：处理和分析实验数据， 提取物理信息的方法
• 基本粒子：构成原子的基本粒子， 如夸克、轻子等 • 介子：传递强力的粒子，如π介子、 K介子等 • 超粒子：质量大于质子质量的粒 子，如超对称粒子等
• 太阳能电池：利用光电子学原理 将太阳能转化为电能的设备 • 光电催化：利用光电子学原理进 行光能转化和化学反应的技术 • 光热转换：利用光电子学原理进 行光能转化为热能的技术
光子学与量子光学的前沿进展
理论物理前沿讲座PPT课件
2021/3/12
3
原子的结构
1896年,贝克勒尔发现发射性→原子是不稳定的。
1897年,汤姆生的阴极射线管实验发现电子。
1909年，卢瑟福的阿尔法粒子散射实验发现原子 的质量必須集中在一個很小的区域內, 原子的构造 如太阳系一般, 电子绕原子核运行。
2021/3/12
4
原子核的结构
1932年，查德威克（Chadwick）用阿尔法粒子撞击
2021/3/12
14
费米—杨模型(1949)
π介子由一个核子和反核子构成。 π+=pn¯、π-=np¯、 π0=(pp¯-nn¯)。
坂田(Sakata)模型(1956) 所有的强子由 p、n、Λ组成。
K+=pΛ， K-=p¯Λ， Σ+=Λpn¯， Ξ0=ΛΛn¯。
2021/3/12
15
夸克模型
2021/3/12
7
它们都是最基本的吗？
2021/3/12
8
对称性
系统在一种操作或变换下保持不变，我们说系统 对于这种操作或变换具有对称性。
诺特(Noether)定理：
对称性
守恒量
2021/3/12
9
物理中的对称性
连续对称性： 空间平移不变性 时间平移不变性 空间转动不变性
动量守恒 能量守恒 角动量守恒
物理学科前沿讲座
——粒子物理与宇宙学
“世界是由什么构成的?” 和
“它们是如何相互作用的?”
2021/3/12
2
基本粒子概念的发展
⑴ 古代对物质结构的猜想 我国夏朝：金、木、水、火、土五行学说 古希腊：水、火、土、空气组成物质 （德谟克利特）提出了原子论（公元前3世纪）
原子分子物理前沿专题
目录摘要 (2)1 原子论发展史与主要内容 (2)2 原子分子学说的建立与发展 (3)3 古代原子论的发展过程和主要内容 (4)4 原子论哲学的产生与发展 (5)4.1原子论哲学的理论准备 (6)4.1.1 恩培多克勒 (6)4.1.2 阿那克萨哥拉 (7)4.2 原子论哲学 (8)5 近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子 (9)6 发展史 (11)6.1 道尔顿的原子模型 (11)6.2 葡萄干布丁模型（枣核模型） (11)6.3 行星模型 (12)6.4 玻尔的原子模型 (12)6.5 现代量子力学模型 (12)浅谈原子论的发展[摘要] 本文主要由六个部分组成。
第一个部分由说明原子论发展史与主要内容。
第二个部分主要介绍原子分子学说的建立与发展。
第三个部分阐述了古代原子论的发展过程和主要内容。
第四部分主要论述了原子论哲学的产生与发展。
第五部分阐述了道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子，最后一部分概括了原子论近现代发展史。
1 原子论发展史与主要内容化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？”是化学的基本问题也是核心问题。
然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。
到了17世纪的1661年，波义耳以化学实验为基础建立这样的元素论：那些不能用化学方法再分解的简单物质是元素。
即西方的“土、气、水、火”四元素物质组成观。
这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。
因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。
随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。
由于原子的概念是化学的基石，是化学的灵魂，这个问题一旦解决，必然促进化学学科极大的发展。
物理学前沿物理学与高科技ppt课件
1.1 科学
科学和文化一样，是个难以界定的名词，人们更多
地是从一个侧面对其本质特征加以揭示和描述。以英国
著名科学家J．D． 贝尔纳·（1901—1971）为代表的
科学家们认为，科学在不同时期、 不同场合有不同意
义。科学有若干种解释，每一种解释都反映出科学某一 方面的本质特征。到目前为止，也还没有任何一个人给
钋与镭两种放射性元素相继发现是物理学史上、甚至
是科学史上空前伟大的发现，从此，开辟了放射性科学的 新园地，同时也开创原子物理学新纪元。居里夫妇及贝克 勒尔共同荣获1903年度的诺贝尔物理学奖。
2.三次技术革命
17
理论基础：
1900年德国物理学家普朗克从热辐射和原子光谱的 关系中，建立了量子论。它的对象是原子、分子、以及其 他粒子，是研究物质结构的理论基础。
物理学基础与前言专题 课程
1
物理学是基础学科，每一次物理学中的重大发现都
对科学技术的发展和更新都有深远的影响，反过来，科学
技术的发展都需要物理学基础知识和前言知识。
科学技术与社会经济密切相关，物理学更是如此，因 此，对物理学的发展的前沿问题的讨论，应当放在社会经 济发展的背景下来考察 。
2
1.科学技术
1.科学技术
4
康德拉季耶夫的资本主义经济“长波理论”
“长波理论” 是1926年俄国经济学家康德拉季耶夫 提出的一种为期50-60年的经济周期。该周期理论认为， 从18世纪末期以后，经历了三个长周期。 第一个长周期 从1789年到1849 年，上升部分为25年，下降部分35 年，共60年。第二个长周期从1849年到1896 年，上升 部分为24年，下降部分为23 年，共47年。第三个长周期 从1896年起，上升部分为24年，1920年以后进入下降 期。