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探索高能量密度物理世界的奥秘

更新时间:2024-05-08 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

——纪念国家自然科学基金创新研究群体项目“高能量密度物理若干前沿问题研究”70m物理好资源网(原物理ok网)

高中物理能量转化70m物理好资源网(原物理ok网)

创新组项目成员合影,张杰为左六。70m物理好资源网(原物理ok网)

记者 甘晓70m物理好资源网(原物理ok网)

宇宙中绝大多数物质都处于高能量密度的等离子体状态,但像地球这样存在固、液、气三相物质的地方极为罕见。 因此,科学家的梦想就是在地球实验室中“复制”高能量密度的“宇宙”,以探索它的奥秘。 为此,需要从超短超强激光技术、超高时空分辨率实验诊断技术以及复杂的理论和数值模拟三个维度开展“三位一体”研究。70m物理好资源网(原物理ok网)

中国科学院院士张杰领衔的创新研究小组“高能量密度物理若干前沿问题研究”就是这样一个“三位一体”的研究团队。 研究团队在国家自然科学基金创新研究群体项目(以下简称创新群体项目)连续三期的支持下,在探索高能奥秘方面取得了多项国际领先的研究成果-密度物理学。70m物理好资源网(原物理ok网)

基础研究最需要梦想70m物理好资源网(原物理ok网)

上海交通大学激光等离子体教育部重点实验室是张杰及其研究团队的大本营。 在这里,“梦想”是使用频率最高的关键词。 “探索高能量密度物理世界的奥秘,最需要的就是梦想。” 张杰告诉中国科学报。70m物理好资源网(原物理ok网)

当人类在最极端的条件下探索物质状态时,总会发现新的物理定律和现象。 挑战高能密度物理极限,探索高能密度“宇宙”的奥秘,是张杰研究团队的梦想。70m物理好资源网(原物理ok网)

如果想要在地球上产生极高的能量密度状态,并对其奥秘进行创新性研究,就必须找到一种方法,将尽可能多的能量集中在极小的时空尺度上。 这需要挑战超短、超强激光的极限。 挑战高时空分辨率测量的极限,挑战人类认知的极限。70m物理好资源网(原物理ok网)

美国罗彻斯特大学教授和唐娜发明的超短脉冲“啁啾脉冲放大”(CPA)技术,使超短超强激光的输出功率提高了100万倍,使在大学实验室中创建高能量密度物理状态。 ,他们还获得了2018年诺贝尔物理学奖。 在创新群体项目的支持下,钱列家教授等课题组成员提出了“准参数啁啾脉冲放大”(QPCPA)新解决方案,突破了CPA技术的放大极限,提高了超短波和超超波的放大能力。 - 强激光。 10倍,创下新的世界纪录,有望将单束超短超强激光束推向前所未有的极限超高功率区域1017瓦。70m物理好资源网(原物理ok网)

该课题组成员王教授在超快电子衍射方面取得了重要突破。 他们将加速器领域的双偏转消色差技术与激光领域的啁啾脉冲放大压缩技术相结合,将超快电子衍射的时间分辨率提高到优于50飞秒,刷新了美国同行多年来保持的分辨率世界纪录。年。 近3次。 这意味着拍摄超高时间分辨率的原子电影将成为现实。70m物理好资源网(原物理ok网)

在高能量密度物态粒子加速方面,课题组成员陈敏教授通过理论分析和大规模数值模拟研究高中物理能量转化,提出了一种新型激光等离子体尾流加速级联方案,有望显着提高级联耦合效率。 ,提供了产生高于 1011 电子伏特的高能电子束的可能性。70m物理好资源网(原物理ok网)

高中物理能量转化70m物理好资源网(原物理ok网)

在高能密度物质演化方面,课题组成员在神光二号实验平台上的研究揭示了新的磁重联特性,验证了欧洲航天局卫星的观测结果。 此外,课题组成员盛正明教授等人还对太阳中的磁湍流进行了研究,解释了相对论性强激光与固体目标相互作用时产生的超强磁场和湍流。 这些研究为利用强激光研究天体高能密度态演化提供了新思路。70m物理好资源网(原物理ok网)

对于上述成果,张杰总结道:“怀着探索高能密度物理过程最本质的未知的梦想,坚持三位一体的研究,我们就能不断发现高能密度的新奥秘——密度‘宇宙’。”70m物理好资源网(原物理ok网)

服务国家战略需求70m物理好资源网(原物理ok网)

科研团队在攀登科学高峰的同时,牢记服务国家战略需求的使命。 在创新群体项目的支持下,科研团队将多项研究成果转化为国家重大科技任务等国家战略需求。70m物理好资源网(原物理ok网)

整个创新群项目历经九年、三期攻关,钱列甲教授等人研制的创新仪器“强激光脉冲超高对比度单次测量仪”已成功从设计构思、基础研究、技术发明走向成功到工程应用。70m物理好资源网(原物理ok网)

用于探索极端高能量密度物理现象的超短超强激光,不仅要求脉冲峰值高达相对论光强,还要求背景光噪声低至单光子水平,对比度更高超过10个数量级。 如何仅用单个脉冲一次性测量如此超高对比度的脉冲,是强激光领域的世界级难题。 张杰表示:“钱列嘉等人历经十年努力,创造性地解决了这一世界级测量难题,实现了1013的超高对比度单次测量能力,比传统测量高出3个数量级以上。国外报道的最好结果”。70m物理好资源网(原物理ok网)

更令人兴奋的是,这款全球唯一实用化的超短超强激光脉冲对比度单次测量装置已应用于我国拥有的所有超短超强激光装置中,为我国的发展做出了不可或缺的贡献。国家战略科技。 贡献。70m物理好资源网(原物理ok网)

此外,“MeV能量超快电子诊断系统”也已应用于我国激光聚变研究中的等离子体电场测量,可为解决激光聚变中激光等离子体不稳定的根源提供实验证据。70m物理好资源网(原物理ok网)

“接力”培养“三剑客”人才70m物理好资源网(原物理ok网)

在创新小组项目连续三期结束时,张杰发现了一个有趣的现象。 “我们组成员的平均年龄并没有增加9岁,而是和项目申请时相差无几。” 原因在于研究团队不断吸引年轻人才加入。 创新群体项目不仅为他们从事基础研究提供了宽松的条件和创新环境,也为构建科研团队人才梯队提供了可能。70m物理好资源网(原物理ok网)

“人才是第一要务。” 张杰强调。70m物理好资源网(原物理ok网)

2011年9月29日,张杰前往劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校,邀请科研成果突出的青年科学家陈敏加入团队。 “我告诉他国家非常重视基础研究,我们急需优秀人才进行前沿探索。” 张杰一边告诉陈敏,一边脑海中浮现出多年前的类似场景。70m物理好资源网(原物理ok网)

早在1997年,当张杰还在英国卢瑟福实验室工作时,他就已经是高能量密度物理研究领域的知名青年学者。 时任国家自然科学基金委员会主任张存浩访问英国并会见了张杰。 “他说,国家的发展急需各方面的科技创新,急需年轻人才,他的话让我感触很深。” 张杰向中国科学报回忆。70m物理好资源网(原物理ok网)

在国家自然科学基金“所长基金”和杰出青年基金的支持下高中物理能量转化,张杰、魏志毅等同事建成了国内首台太瓦级飞秒激光装置和首批实验诊断设备,并取得了一系列的成就。 该成果得到了国际学术界的认可。 “现在,培养年轻人的接力棒就在我手里了。” 他说。70m物理好资源网(原物理ok网)

作为这个“三位一体”课题组中的“三剑客”,张杰、钱列嘉、盛正明引进和培养了一代又一代的“三剑客”,关心他们的生活和工作,引导他们规划自己的个人梦想。国家。 总体呈快速发展态势。70m物理好资源网(原物理ok网)

更重要的是,他们培养了一支年轻化的力量。 除了对研究生的系统培养外,张杰团队还专门为上海交通大学致远学院本科生提供思维训练课程。 为了学好这门课程,张杰“聚集”组员物理资源网,以激光聚变实际研究内容为场景,用超高师生比培养学生主动探索科学前沿的思维方法。研究并创造新知识。70m物理好资源网(原物理ok网)

“我们希望在课堂上向本科生传授多年科学研究形成的正确思维方式,让他们真正学到研究性学习方法,成为未来的创新领袖。”张杰指出。70m物理好资源网(原物理ok网)

对极高能量密度物理学前沿的探索仍在继续。 张杰相信,随着他们研究的深入,高能量密度“宇宙”之谜的关键终将被发现。70m物理好资源网(原物理ok网)

《中国科学报》:如何产生高能量密度物理态?70m物理好资源网(原物理ok网)

张杰:我们用一个形象的比喻来说明我们正在研究的极高能量密度状态:相当于把15艘辽宁舰叠起来,压缩到拇指的面积产生的压力,大约是1万个大气压。 相应的高能量密度。 激光技术的突破使得研究高能量密度物理成为可能。70m物理好资源网(原物理ok网)

近年来,高能密度物理研究的快速进展,主要得益于将雷达中的啁啾脉冲放大(CPA)技术引入到激光领域,使激光强度在14年内提高了100万倍。 在此基础上,我们团队成员钱列嘉教授等人将超短超强激光的放大能力提高了10倍,使得我们实验室产生极高能量密度态成为可能。70m物理好资源网(原物理ok网)

《中国科学报》:高能量密度物理研究的基本方法有哪些?70m物理好资源网(原物理ok网)

张杰:高能量密度物理研究需要理论与数值模拟、超高时空分辨率实验诊断技术、超短超强激光技术的紧密结合。 以我们的创新小组项目为例。 在理论和数值模拟提出新的概念和方向后,我们将激光技术与实验诊断相结合,为验证创造条件。 然后,我们进一步从实验结果中发现新的物理定律并预测新的物理定律。 实验结果。 只有重复这个过程,才能推进我们对高能量密度物理过程“螺旋”上升的理解。70m物理好资源网(原物理ok网)

《中国科学报》:根据您的判断,未来10年高能密度物理研究的发展方向是什么?70m物理好资源网(原物理ok网)

张杰:高能量密度物理学研究高速运动的微观物体的运动模式。 它涉及量子力学、相对论物理等跨学科应用的诸多挑战。 狭义相对论适用于速度非常高的物体,而量子力学适用于温度极低、运动速度很小的微观物体。 因此,以集体效应为主的高能量密度态为我们发现新的物理定律提供了可能性。70m物理好资源网(原物理ok网)

高能量密度物理前沿的突破也依赖于超短超强激光技术的发展。 我们预测,未来10年,超短超强激光的聚焦功率密度将有可能增加到1021~1023瓦/平方厘米。 在这样的光强下,未来10年的核心科学问题将以量子电动力学效应为核心的超相对论高能密度物理。 我诚挚邀请更多年轻科研人员抓住机遇,与我们一起享受探索高能量密度“宇宙”奥秘的乐趣。70m物理好资源网(原物理ok网)

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