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引力波数据分析:无模板搜索

中国科学:物理学、力学、天文学 2025年第3期55卷 95-109页

作者：许雨蒙刘玉孝胡彬王刚苏黎世大学物理学院瑞士苏黎世8057 兰州理论物理中心量子理论及应用基础教育部重点实验室甘肃省理论物理重点实验室兰州大学兰州730000 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000 北京师范大学物理与天文学院北京100875 中国科学院上海天文台上海200030

自2015年Advanced LIGO首次探测到双黑洞并合事件GW150914以来,引力波天文学取得了快速发展.截至第三阶段运行,已成功探测到93个引力波事件.随着引力波探测器的不断改进和新一代探测器的出现,我们的宇宙观测能力将进一步拓宽.本文以相... 详细信息

自2015年Advanced LIGO首次探测到双黑洞并合事件GW150914以来,引力波天文学取得了快速发展.截至第三阶段运行,已成功探测到93个引力波事件.随着引力波探测器的不断改进和新一代探测器的出现,我们的宇宙观测能力将进一步拓宽.本文以相干瞬态波管线cWB为例,探讨引力波无模板搜索的核心算法及事件置信度的计算,并简要分析其在高离心率致密双星并合、核塌缩超新星、双曲轨道相遇、脉冲星自转突变、微引力透镜及引力波回声等各种引力波源中的应用.最后,本文展望机器学习在引力波无模板搜索中的未来应用,以及模块化、Python化的PycWB搜索管线在未来空间引力波探测中的扩展.

关键词：引力波数据分析无模板搜索相干瞬态波

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声黑洞楔形结构振动模式转换超声换能器

物理学报 2025年第4期74卷 181-190页

作者：王怡陈诚林书玉陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室西安710119

基于声黑洞结构独特的声波捕获与能量聚集效应,提出了一种新型声黑洞楔形结构振动模式转换超声换能器.该换能器由一个纵向夹心式换能器和一个声黑洞楔形结构辐射板组成.基于铁木辛柯梁理论,利用传输矩阵法建立了辐射板弯曲振动的理论模... 详细信息

基于声黑洞结构独特的声波捕获与能量聚集效应,提出了一种新型声黑洞楔形结构振动模式转换超声换能器.该换能器由一个纵向夹心式换能器和一个声黑洞楔形结构辐射板组成.基于铁木辛柯梁理论,利用传输矩阵法建立了辐射板弯曲振动的理论模型,计算得到的振动频率与有限元仿真频率吻合较好.对换能器的电阻抗频率响应特性、振动模态以及空气中近场辐射声压分布进行了仿真模拟,结果显示,声黑洞楔形结构辐射板的振幅逐级增大,近场辐射声压呈现出梯度分布的特点.加工了换能器样机,并对其进行实验测试,测试结果验证了设计方法的可行性.最后进行了超声悬浮实验,结果表明声黑洞设计可以赋能于超声悬浮技术,构造出声压梯度分布的声场,实现粒子筛选.

关键词：声黑洞结构空气耦合超声换能器纵-弯模式转换超声悬浮

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涡流场中气泡破碎对声空化效果的影响

物理学报 2025年第4期74卷 162-170页

作者：邱春扬沈壮志姚博文陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室西安710119

液态涡流场不仅可以传质传热影响声场分布,还可以影响流场中气泡的行为特性,进一步影响声空化效果.以三维漏斗形涡流场中气泡的动力学方程并结合气泡破碎理论为基础,研究了涡流场(搅拌产生的流场)对气泡破碎概率及其气泡空化效果的影响... 详细信息

液态涡流场不仅可以传质传热影响声场分布,还可以影响流场中气泡的行为特性,进一步影响声空化效果.以三维漏斗形涡流场中气泡的动力学方程并结合气泡破碎理论为基础,研究了涡流场(搅拌产生的流场)对气泡破碎概率及其气泡空化效果的影响.结果表明,随着转速的增大,气泡的破碎概率显著提高,同时气泡破碎临界半径逐渐减小,从600 rad/min时的200μm降至2000 rad/min时的55.5μm,这意味着在高速旋转的涡流场中,气泡在尚未膨胀到应达到的最大空化半径时就提前发生破碎,导致其失去空化效应,从而降低超声降解效果.实验结果进一步验证了声空化效果在适中转速(600—1000 rad/min)下最佳,而过高转速则会抑制降解效果.这些发现为声空化技术的优化提供了理论基础和实验支持.

关键词：超声降解涡流场气泡破碎声空化

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飞秒激光诱导分子准直相干性的度量分析

物理学报 2025年第3期74卷 16-26页

作者：廉振中洪倩倩贾利娟孟建桥束传存中南大学物理学院湖南省超微结构与超快过程重点实验室长沙410083

本文探讨了有限温度下,飞秒激光脉冲诱导的分子准直现象中内在相干性度量与其准直信号之间的定量关系.针对超快非共振激光脉冲诱导分子准直问题,推导了转动体系l1范数相干性度量(Cl1ρ)即(密度矩阵ρ中所有非对角元素绝对值之和)与准直... 详细信息

本文探讨了有限温度下,飞秒激光脉冲诱导的分子准直现象中内在相干性度量与其准直信号之间的定量关系.针对超快非共振激光脉冲诱导分子准直问题,推导了转动体系l1范数相干性度量(Cl1ρ)即(密度矩阵ρ中所有非对角元素绝对值之和)与准直幅度(准直度最大值与最小值之差)之比与电场强度之间存在的定量关系,并通过对CO分子的数值模拟进行了验证.在此基础上,进一步给出了这一比值与脉冲强度面积之间的映射关系.本文的研究结果为实验中探测转动体系的相干性度量提供了新的思路,并为利用分子转动态进行相干性度量研究奠定了理论基础,有利于促进超快强场物理与量子信息度量之间的交叉融合.

关键词：相干性分子准直转动动力学超快脉冲

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尘埃等离子体中的同构线与同构不变量

中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：俞倪辰黄栋冯岩苏州大学物理科学与技术学院等离子体物理与技术研究所前沿材料物理与器件省高校重点实验室

对于位力和势能之间存在强关联性的物理系统,在其热力学相图中除了常见的等温、等压、等容线外,还存在所谓的同构线(isomorphs),沿着此同构线,系统的结构与动力学性质在约化单位下是近似不变的.本文利用Yukawa系统的有效耦合参数解析推... 详细信息

对于位力和势能之间存在强关联性的物理系统,在其热力学相图中除了常见的等温、等压、等容线外,还存在所谓的同构线(isomorphs),沿着此同构线,系统的结构与动力学性质在约化单位下是近似不变的.本文利用Yukawa系统的有效耦合参数解析推导了二维和三维尘埃等离子体中的同构线,并发现其与基于Yukawa势的有效幂律指数解析推导的同构线在约化最近邻距离为常数时完全一致.通过实施的二维和三维Yukawa液体计算机模拟,计算出的径向分布函数和方均位移有效验证了解析推导出的同构线.进一步地,基于模拟数据和相关理论推导确定了二维和三维尘埃等离子体系统的二颗粒熵、瞬时横波声速、逾等容比热容等物理量均为同构不变量(isomorph invariants),并且给出了相应的标度律.

关键词：尘埃等离子体同构线标度律

色散击波的解析推导及其在尘埃等离子体系统中的验证

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中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：陈鑫梁晨卢少瑜黄栋冯岩苏州大学物理科学与技术学院等离子体物理与技术研究所前沿材料物理与器件省高校重点实验室

在弱耗散或无耗散时,色散介质中的冲击波在波前处会呈现出膨胀的、有序的振荡结构,这被称为色散击波.色散击波在数学上可以用包含非线性、色散和耗散效应的KdVB (Korteweg-de Vries-Burgers)方程描述.本文首先推导了包含耗散效应的Burg... 详细信息

在弱耗散或无耗散时,色散介质中的冲击波在波前处会呈现出膨胀的、有序的振荡结构,这被称为色散击波.色散击波在数学上可以用包含非线性、色散和耗散效应的KdVB (Korteweg-de Vries-Burgers)方程描述.本文首先推导了包含耗散效应的Burgers方程与包含色散效应的KdV方程,并讨论了它们的平稳解,在此基础上以相同的方法推导了KdVB方程,进而讨论了单调解与振荡解的数学解释,还给出两种情况的临界条件.在二维尘埃等离子体这种优秀的色散介质中,将压缩冲击波中模拟的尘埃颗粒平均漂移速度的剖面图与理论推导出的结果作对比,二者符合得很好,理论推导由此得到了验证.

关键词：色散击波尘埃等离子体 KdVB方程

基于深度学习的南海东北部亚中尺度过程识别与分析研究

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海洋与湖沼 2025年第1期56卷 77-89页

作者：金宇涛缪明芳张志伟中国海洋大学三亚海洋研究院海南省海洋立体观测与信息重点实验室三亚海洋实验室中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室/深海圈层与地球系统前沿科学中心

亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域，从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此，根据亚中尺度过程的物理特性，提出一种基于深度学习的自动识别方法，构建了基于U-Net网络的海洋... 详细信息

亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域，从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此，根据亚中尺度过程的物理特性，提出一种基于深度学习的自动识别方法，构建了基于U-Net网络的海洋亚中尺度过程识别网络(submesoscale processes automatic identification network, SM-Net)，该网络采用视觉几何组网络作为主干特征提取网络并引入改进的混合注意力模块以提升识别能力。基于高分辨率MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model)模式数据，通过SM-Net准确识别出南海东北部全年的亚中尺度过程，并分类为冷涡、暖涡和锋面。南海东北部亚中尺度冷涡、暖涡和锋面均多发生于冬季，夏季的发生频率较低，但吕宋海峡的亚中尺度过程全年均较为活跃。除吕宋海峡外，亚中尺度冷涡夏季多发生于台湾岛西南海域、吕宋岛西南海域和吕宋岛沿岸，冬季多发生于南海北部陆坡陆架区；亚中尺度暖涡夏季多发生于吕宋岛沿岸，冬季在南海北部陆坡陆架区较为活跃；亚中尺度锋面的时空特征与冷涡相似，但黑潮流经区域的发生频率更高。亚中尺度过程罗斯贝数和动能的时空特征与发生频率具有较好的一致性，暖涡的动能、罗斯贝数和直径均弱于冷涡。上述识别方法在南海的成功运用，为应用SWOT (surface water and ocean topography)卫星数据研究亚中尺度过程提供了一定参考。

关键词：亚中尺度过程自动识别深度学习语义分割南海东北部

相对论扭曲波方法研究电子与原子碰撞激发过程

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物理学报 2025年第3期74卷 27-39页

作者：李文博李兵兵陈浩颉录有武中文丁晓彬张登红蒋军董晨钟西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室兰州730070

相对论扭曲波方法是研究微观粒子碰撞动力学过程的常用理论方法.本文基于多组态Dirac-Hartree-Fock(MCDHF)方法以及相应的程序包GRASP 92/2K/2018和RATIP,发展了一套电子与原子碰撞激发过程的全相对论扭曲波方法和程序.计算了极化电子... 详细信息

相对论扭曲波方法是研究微观粒子碰撞动力学过程的常用理论方法.本文基于多组态Dirac-Hartree-Fock(MCDHF)方法以及相应的程序包GRASP 92/2K/2018和RATIP,发展了一套电子与原子碰撞激发过程的全相对论扭曲波方法和程序.计算了极化电子与原子碰撞激发过程的总截面、微分截面、态多极以及碰撞激发后辐射光子的积分和微分Stokes参数等.讨论了电子关联效应、Breit相互作用和等离子体屏蔽效应对碰撞激发截面的影响.该方法和程序的发展为详细研究复杂靶离子的碰撞激发过程和讨论电子关联效应以及Breit相互作用对碰撞激发过程的影响提供了条件.

关键词：电子与原子碰撞激发相对论扭曲波方法多组态Dirac-Hartree-Fock方法

西藏班公湖-怒江带西段龙荣矿集区的岩浆活动及其对成矿的指示

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岩石学报 2025年第2期41卷 585-599页

作者：张夏楠李光明秦克章李金祥李真真刘通邹心宇罗辉核资源与环境国家重点实验室东华理工大学南昌330013 战略性矿产成矿理论与深部预测江西省重点实验室东华理工大学南昌330013 岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 青藏高原地球系统与资源环境重点实验室中国科学院青藏高原研究所北京100101 防灾科技学院三河065201

龙荣矿集区是在西藏班公湖-怒江成矿带(班-怒带)西段新近发现的一个矿集区,也是在班-怒带中,目前发现的唯一一个同时发育铁矿化(矽卡岩型)和铜矿化(斑岩型为主)的矿集区。该矿集区位于班-怒带西段目前已知Fe矿带的最东端和已知Cu矿带的... 详细信息

龙荣矿集区是在西藏班公湖-怒江成矿带(班-怒带)西段新近发现的一个矿集区,也是在班-怒带中,目前发现的唯一一个同时发育铁矿化(矽卡岩型)和铜矿化(斑岩型为主)的矿集区。该矿集区位于班-怒带西段目前已知Fe矿带的最东端和已知Cu矿带的最西端。针对龙荣矿集区中的花岗岩类岩石我们开展了锆石定年,全岩主微量、Sr-Nd同位素测试和锆石Hf同位素测试来限定其成因。锆石U-Pb数据表明,龙荣矿集区中与Fe矿化伴生的岩体年龄为~160 Ma(154.7~163.4Ma,2σ范围),与Cu/Cu-Pb-Zn矿化伴生的岩体年龄为~120Ma(115.9~127.9Ma,2σ范围),它们与班-怒带西段其他已知铁矿化和铜矿化的时间一致。这些岩石以高钾钙碱性为主,富集轻稀土和大离子亲石元素(如Rb、K和Pb),亏损高场强元素(如Nb、Ta),具有弧岩浆的典型地球化学特征。~160Ma酸性岩浆岩可能由近同期中性岩浆经历同化混染以及角闪石、斜长石、磷灰石等分离结晶形成,而~120Ma酸性岩浆岩的形成可能主要与近同期中性岩浆的分离结晶(角闪石、斜长石、独居石等)有关。其全岩初始Sr同位素范围为0.7066~0.7136,ε_(Nd)(t)范围为-8.6~-5.4,锆石ε_(Hf)(t)范围为-17.34~-4.83,均指示了古老地壳物质的加入;并且龙荣矿集区中~120Ma花岗岩类岩石比多龙和青草山同时期的花岗岩类岩石有更大比例的古老壳源物质,这可能与其距离俯冲带更远有关。龙荣矿集区~160Ma的岩浆岩可能形成于正常的班公湖-怒江洋北向俯冲阶段,而~120Ma的花岗岩类岩石可能是继北向俯冲的班公湖-怒江洋板片于平坦俯冲(145~125Ma)后、板片后撤的产物;两期岩浆作用的物质来源均为受交代的地幔楔与古老羌塘大陆地壳的混合。

关键词：龙荣斑岩矿床矽卡岩矿床岩石成因班公湖-怒江成矿带