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宇宙环境新认知——有关2019年度诺贝尔物理学奖的理解

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科学通报 2019年第36期64卷 3793-3797页

作者：鄢盛丰蔡一夫中国科学技术大学物理学院天文学系

2019年度诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,以表彰天文学家米歇尔·梅耶(Michel Mayor)与迪迪尔·奎罗兹(Didier Queloz)在系外行星发现上做出的突出贡献,以及理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)从理论角度为... 详细信息

2019年度诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,以表彰天文学家米歇尔·梅耶(Michel Mayor)与迪迪尔·奎罗兹(Didier Queloz)在系外行星发现上做出的突出贡献,以及理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)从理论角度为现代宇宙学物理体系的建立做出的杰出贡献.诺贝尔奖委员会给出的理由是“为我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置做出的贡献”,以他们3人为代表的科学家们为人类在现代科学的框架下重新认识自身与宇宙的关系提供了重要思路.一方面,让人类重新思考我们所生活的这个星球在宇宙中是否是独一无二的,对探索系外宜居星球和寻找外星生命非常重要;另一方面,使我们能够更加精准地把握宇宙演化的历史脉络,更加清楚地了解我们生活的这个宇宙的前世今生.

关键词：诺贝尔物理学奖诺贝尔奖委员会系外行星宇宙环境外星生命宇宙学现代科学宇宙演化

从流浪地球到宇宙迷航——2019年诺贝尔物理学奖解读

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物理 2020年第1期49卷 1-7页

作者：蔡一夫鄢盛丰中国科学技术大学物理学院天文学系

2019年诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,诺奖委员会给出的理由是"为我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置做出的贡献"。这两个领域在近二三十年内展现出了蓬勃的生机,系外行星和外星生命的研究到了本世纪伴随先进技术... 详细信息

2019年诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,诺奖委员会给出的理由是"为我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置做出的贡献"。这两个领域在近二三十年内展现出了蓬勃的生机,系外行星和外星生命的研究到了本世纪伴随先进技术的发展有了爆发式的发现;进入新世纪后,宇宙学领域已经获得4次诺贝尔奖,分别是宇宙背景探测者卫星、宇宙加速膨胀的发现、引力波的探测,以及此次诺贝尔物理学奖,它们使当代宇宙学获得了广阔的发展前景。文章就本次诺奖热点话题展开,对系外行星和宇宙学两大领域做概括性的科普解读。具体介绍马约尔和奎洛兹在系外行星领域的发现,系外行星的探测手段和发展前景,以及宇宙学领域的发展简史,皮布尔斯在该领域的贡献,和目前宇宙学领域的一大研究热潮,即原初引力波的探测。作者借此文抛砖引玉,期待更多年轻学者能加入到天文学和宇宙学的研究中,在新时代的浪潮下推动该领域获得更重大的突破。

关键词：诺贝尔物理学奖系外行星宇宙学原初引力波

脉冲星计时阵列观测的随机背景信号对标量诱导引力波的限制

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Science Bulletin 2023年第23期68卷 2929-2935,M0004页

作者：蔡一夫何鑫宸马潇汉鄢盛丰袁官文 Deep Space Exploration Laboratory/Department of Astronomy School of Physical SciencesUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026China School of Astronomy and Space Science University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Istituto Nazionale di Fisica Nucleare(INFN) Sezione di MilanoMilano 20146Italy DiSAT Universitàdegli Studi dell’InsubriaComo 22100Italy School of Physics The University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy Purple Mountain ObservatoryChinese Academy of SciencesNanjing 210023China Theoretical Physics Division Institute of High Energy PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100049China

最近,NANOGrav、PPTA、EPTA和CPTA合作组各自独立报告了关于随机引力波背景的观测证据.尽管根据观测推断的引力波背景(幅度、频谱)与超大质量双黑洞并合的预言相一致,但这一观测也为搜寻宇宙早期的新物理现象提供了新的窗口.本文探讨了... 详细信息

最近,NANOGrav、PPTA、EPTA和CPTA合作组各自独立报告了关于随机引力波背景的观测证据.尽管根据观测推断的引力波背景(幅度、频谱)与超大质量双黑洞并合的预言相一致,但这一观测也为搜寻宇宙早期的新物理现象提供了新的窗口.本文探讨了用早期宇宙中的标量诱导引力波来解释这一信号的可能性.作者采用参数化的拐折幂律谱作为随机引力波背景能谱的普适性描述,利用NANOGrav、PPTA和EPTA的新数据和贝叶斯推断的方法进行研究.本研究结果可以约束诱导引力波能谱的相关参数,并进一步对可能在早期宇宙中产生原初黑洞的各种暴胀模型给出限制,这些模型有望在未来的空间引力波观测实验中得到检验.

关键词： Pulsar timing array observation Bayesian inference Stochastic gravitational wave background Induced gravitational waves Early universe

非微扰的极早期宇宙现象学:共振的原初扰动与非高斯尾巴

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天文学报 2024年第3期65卷 1-27页

作者：蔡一夫何鑫宸马潇汉中国科学技术大学物理学院天文学系合肥230026 深空探测实验室合肥230026

在精确宇宙学的时代,多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时,也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战.近年来,对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在... 详细信息

在精确宇宙学的时代,多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时,也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战.近年来,对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在小尺度上的非线性非微扰过程产生了浓厚的研究兴趣.综述了在宇宙学小尺度上关于原初黑洞产生以及引力波研究取得的诸多进展,重点关注了使用Mathieu方程的共振效应来研究小尺度功率谱放大以及诱导产生可观测的原初引力波的方法.此外,还尝试探讨了非高斯尾巴对原初黑洞形成的影响.发现Mathieu方程所具备的共振效应可以提供一种有效的方法来刻画原初宇宙中小尺度的非微扰动力学过程,从而能够更好地理解原初黑洞的形成以及相关的引力波产生机制.同时,非微扰的非高斯性在原初黑洞形成中可能会产生不可忽视的影响.

关键词：宇宙学:暴胀理论早期宇宙原初引力波非高斯性原初黑洞

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全息预加热宇宙学模型

中国科学技术大学学报 2020年第12期50卷 1447-1452页

作者：蔡一夫林树刘峻宇孙佳睿中国科学技术大学物理学院天文学系安徽合肥230026 中国科学技术大学中科院星系宇宙学重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学天文与空间科学学院安徽合肥230026 中山大学物理与天文学院广东广州510275 加州理工学院沃尔特·伯克理论物理研究所帕萨迪纳91125美国

提出了一个存在强耦合的宇宙预加热过程的全息理论描述.在这一描述下,极早期宇宙中的暴胀子与物质场之间的能量交换可以通过一个全息超导模型来模拟实现.其中,预加热过程的物质场会经历近乎于指数放大,而这正好可以用边界扩展的整体时... 详细信息

提出了一个存在强耦合的宇宙预加热过程的全息理论描述.在这一描述下,极早期宇宙中的暴胀子与物质场之间的能量交换可以通过一个全息超导模型来模拟实现.其中,预加热过程的物质场会经历近乎于指数放大,而这正好可以用边界扩展的整体时空中的亚稳态“黑洞”的准正态模式来刻画.我们的结果揭示了,物质场可以在强耦合环境中连续产生,这与弱耦合情况是截然不同的.此外,在强耦合下的物质场放大对暴胀子真空期望值的依赖性增强.基于我们所提出的理论机制,暴胀结束后尚处于极高温度下的极早期宇宙很可能是可以被探知的.

关键词：宇宙预加热准正态模式强耦合全息原理

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全息宇宙预加热的准正态模式和全息重正化

中国科学技术大学学报 2020年第12期50卷 1498-1506页

在宇宙预加热的全息理论描述中,暴胀子与物质场之间存在强耦合环境中的能量交换,这一过程可以由渐近反德西特(AdS)时空中的弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)边界上的超流体和超导体的正态分量来模拟.研究了全息预加热理论图像的两个动力学性质... 详细信息

在宇宙预加热的全息理论描述中,暴胀子与物质场之间存在强耦合环境中的能量交换,这一过程可以由渐近反德西特(AdS)时空中的弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)边界上的超流体和超导体的正态分量来模拟.研究了全息预加热理论图像的两个动力学性质.首先,详细研究了围绕亚稳态毛状黑洞的准正态模式(QNM)的动力学演化.这种分析可以定量地描述在强耦合情况下连续产生的物质场的预加热过程.其次,对AdS-FRW背景的全息重正化过程进行了详细分析,这使得我们能够读取可以作宇宙学应用的物理算符期望值.

关键词：预加热演化准正态模式全息重正化

A possible interpretation of the Higgs mass by the cosmological attractive relaxion

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Chinese Physics C 2016年第11期40卷 49-54页

作者：黄发朋蔡一夫李虹张新民 Theoretical Physics Division Institute of High Energy PhysicsChinese Academy of SciencesP.O.Box 918-4Beijing 100049China CAS Key Laboratory for Researches in Galaxies and Cosmology Department of AstronomyUniversity of Science and Technology of ChinaChinese Academy of SciencesHefei 230026China Key Laboratory of Particle Astrophysicsl Institute of Higl Energy Physics Chinese Academy of ScienceP.O.Box 918-3Beijing 100049China

Recently, a novel idea [1] has been proposed to relax the electroweak hierarchy problem through the cosmological inflation and the axion periotic potential. Here, we further assume that only the attractive inflation is needed to explain the light mass of the Higgs boson, where we do not need a specified periodic potential of the axion field. Attractive inflation during the early universe drives the Higgs boson mass from the large value in the early universe to the small value at present, where the Higgs mass is an evolving parameter of the Universe. Thus, the small Higgs mass can technically originate from the cosmological evolution rather than dynamical symmetry or anthropics. Further, we study the possible collider signals or constraints at a future lepton collier and the possible constraints from the muon anomalous magnetic moment. A concrete attractive relaxion model is also discussed, which is consistent with the data of Planck 2015.

关键词： Higgs inflation electroweak hierarchy

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宇宙黎明破晓前--极早期宇宙的二三事

中国国家天文 2020年第4期14卷 62-73页

作者：马潇汉蔡一夫中国科学技术大学物理学院中国科学技术大学物理学院天文学系

一直以来,物理学家不断追寻着宇宙早期到底发生了什么。随着理论的完善,观测手段的更新以及数据的积累,让我们对宇宙的真实面目似乎有了一些认识,但这同时,也有更多的未解之谜出现,有关早期宇宙的话题才会如此引人入胜。

关键词：早期宇宙观测手段真实面目引人入胜物理学家

维普期刊数据库评论

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理工类留学生国际化课程体系建设探析

高等理科教育 2021年第5期 92-98页

作者：金璐蔡一夫中国科学技术大学国际合作与交流部安徽合肥230026 中国科学技术大学物理学院安徽合肥230026

理工类留学生是科技国际合作与传播的纽带,国际化课程体系是人才培育必不可少的要素,构建有中国特色的国际化课程体系,对提升理工类留学生培养质量、实现我国高等教育国际化内涵式发展至关重要。本文从课程特色呈现、跨文化教育、留学... 详细信息

理工类留学生是科技国际合作与传播的纽带,国际化课程体系是人才培育必不可少的要素,构建有中国特色的国际化课程体系,对提升理工类留学生培养质量、实现我国高等教育国际化内涵式发展至关重要。本文从课程特色呈现、跨文化教育、留学生适应性等方面分析了我国国际化课程体系建设现状,并结合中国科学技术大学的国际化举措,探析了如何在高等教育国际化的背景下推动理工类留学生国际化课程体系建设,培养高素质留学毕业生。

关键词：高等教育国际化课程体系建设教育质量留学生