北京大学高能物理研究中心

 科学研究方向与研究内容

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科学研究方向与研究内容
一.理论物理
具体的主要研究方向有:

         粒子物理理论: 具体包括强子物理(如粲偶素物理、自旋物理、格点规范等)、标准模型和超出标准模型的新物理(如CP破坏、辐射修正、超对称的量子效应等)等。
         原子核理论: 具体包括如原子核内的夸克自由度、极端条件下的核结构、原子核的代数模型及微观基础、原子核的集体运动模式及其相变、超重核的结构及合成反应、核天体物理、相对论性重离子碰撞、强相互作用物质的成分、形态、相及相变等。
场论和宇宙学:包括如弦理论、共形场论、非对易几何、宇宙甚早期演化及宇宙结构等。
计算物理及其应用:包括多粒子系统的研究方法、对称性理论和方法、模拟计算方法等。

二.粒子物理与原子核物理
具体的主要研究方向有:

理论核物理:
研究方向主要包括放射性核束物理、核天体物理、中高能核物理、强子物质的状态方程、原子核集体运动、量子物理、带电粒子在周期弯曲晶体中的沟道效应及其在γ源和γ射线激光问题中的应用、玻色-爱因斯坦凝聚等。
高能物理与粒子物理:
高能物理与粒子物理是研究物质世界的最基本结构及其相互作用的主要前沿领域之一。我们通过积极参与国际国内高能物理大科学实验计划,来研究基本粒子质量的起源、夸克在强子中的囚禁、核子的自旋结构以及CP对称的破缺等基本问题。具体工作将涉及到实验探测器的研制开发、计算机上高能粒子对撞物理模拟与重建软件的开发、高能实验数据的物理分析等多个方面。目前我们实质性地参与了欧洲核子中心的LHC/CMS、中科院高能所BEPCII/BESIII、德国DESY实验室HERA/HERMES、美国BNL实验室RHIC/PHENIX以及日本KEK/BELLE等五个国际合作项目。

三、天体物理
具体的主要研究方向有:

星际介质物理、恒星与行星系统的形成与演化
        恒星如何从星际介质形成在天体物理学研究中占有核心的地位。认识围绕恒星运动的行星系统的形成对理解人类自身的起源具有重要的意义。认识恒星形成过程同时也是深入了解星系形成和宇宙大尺度结构的前提和必要条件。天文观测技术的巨大进步,尤其是近年来地面光学、亚毫米波,空间红外观测能力的巨大提高,为研究星际介质、恒星和行星系统的形成和演化提供了强大的手段。自1995年首次发现围绕类太阳恒星运动的第一颗太阳系外行星以来,目前已发现了近140个太阳系外行星系统,包括14个多重行星系统,约160颗行星。这些系外行星系统与太阳系行星系统在很多方面存在巨大的差异,显示了行星世界的多样性和复杂性。系外行星系统的发现,为研究行星系统的形成和演化(包括与之紧密联系在一起的恒星形成和演化)提供了丰富的素材。使得该领域的研究有可能在未来十年取得巨大的进展。当前我们在该方向上的研究主要集中在以下几个方面:光致电离气体星云的观测和理论研究;系外行星行星系统性质以及气态巨行星形成机制;银河系不同星族成份恒星的分光观测、元素丰度测定和运动学研究;恒星形成区、原恒星、分子外向流的观测研究;恒星内部结构和演化,星族合成。

宇宙学与星系物理
       随着观测手段与技术的飞速发展,宇宙学已成为天文学的一个非常重要的活跃的分支。不同的宇宙学观测揭示出我们今天的宇宙组成为约70%的暗能量,约30%的暗物质,我们所熟悉的重子物质仅占约5%。暗能量,暗物质的物理本质是什么?这是当今宇宙学和物理学的最重要的研究课题之一。 宇宙学研究的另一重要部分是大尺度结构的形成。宇宙中的物质分布充满了结构:恒星集中于星系中;星系集中形成星系群和星系团;在更大的尺度上,星系呈现长城状分布,中间存在星系空洞等。宇宙结构的形成与演化蕴含着丰富的宇宙学信息,而对其透彻的了解无疑具有重要的宇宙学意义。本学科方向的研究包括:利用宇宙学观测探讨暗能量的本质;星系团;引力透镜;大尺度结构与星系形成及相关问题的数值模拟;宇宙第一代结构形成。

致密天体吸积盘理论、活动星系核、X射线双星
        活动星系核(AGNs)是Seyferts星系、类星体、射电星系、BL Lac天体、LINERS 等活动星系中心致密高能辐射区的统称,是由中心超大质量黑洞通过吸积气体释放引力能提供能量。对活动星系核的研究涵盖了从地面到空间、从射电到高能伽玛的整个电磁波段,同时在不远的将来还将扩展到非电磁辐射的引力波。活动星系核中心的几何结构除黑洞、吸积盘、喷流三要素外,还有吸积盘外的宽发射线区以及宽发射线区之外的尘埃厚环。同时,在吸积盘盘面上方存在着温度极高的盘冕以及气体物质外向流。活动星系核统一模型认为,观测上看到的不同活动星系核子类是因为观测者沿着不同视线方向观测到不同的几何成分导致。研究活动星系核对我们认识星系形成与演化、宇宙再电离与结构形成、黑洞形成与增长、黑洞物理、吸积与喷流、星系核与星系际介质之间物质交换以及活动星系核物理都具有重要意义。我们目前的研究方向包括:不同类型活动星系核之间的关系,活动星系核内部结构及其物理起源,黑洞吸积的物理过程以及吸积模式,喷流形成及其与吸积盘和中心黑洞的关系,黑洞的观测证据、黑洞质量和自传测定,中心超大质量黑洞的形成和增长的,中心黑洞与寄主星系的大尺度结构的共同演化,普通星系和活动星系之间的关系,活动星系核寿命,星系形成和演化与活动星系核活动的关系,超大质量双黑洞与吸积盘的相互作用的理论研究和观测证认,引力波天体物理,等等。

粒子天体物理
        粒子天体物理是粒子物理和天体物理之间的交叉学科,涉及人类所认识的最小(构成物质的原子、核子、夸克等基本砖快)和最大(恒星、星系、宇宙)尺度。从粒子物理角度来看,它是通过天体提供的极端物理环境探索物质的深层次结构;从天体物理角度来看,它利用粒子物理知识探索和理解我们所生存的宇宙环境。该学科近年来发展非常迅速,成为传统粒子物理和天体物理研究之前沿。本研究方向着眼于从天文学角度进行粒子天体物理研究。具体研究内容包括如下。1,天体夸克胶子等离子体态(早期宇宙的温度效应为主的夸克物质和致密天体内部的密度效应为主的夸克物质)的研究。2,夸克星的形成及其在超新星爆发过程中的作用。3,奇异滴在高能与极高能宇宙线成分中的可能存在。4,脉冲星磁层中粒子加速和辐射过程的研究。通过这些研究,势必会加深人们对微观和宇观基本规律的认识。

天体技术及应用
        课题正在从事与我国空间太阳望远镜有关的天文技术和方法的研究。目前已发展了一种用于空间太阳望远镜高精度定位系统的算法。新算法克服了传统算法在对低对比度稀疏面源定位时产生的困难,同时该算法易于用硬件实现,因此避免了在空间环境中使用高速计算机,提高了系统的可靠性。而且用硬件的运算速度约比软件运算快一个数量级,这为高精度定位提供了基础。