香山科学会议：从宇宙起源到粒子的基本结构

skystar

http://tech.tom.com　 2005年04月04日15时42分
   今年是“世界物理年”。在日前举行的第246次香山科学会议上，与会科学家们将会议的主题“锁定”在高能量密度物理这一快速发展的物理学前沿领域。


　　宇宙并不“遥远”


　　与会专家介绍说，高能量密度是指物质的能量密度超过1011焦耳/立方米（J/m3），或等价于压力超过一百万巴（Mbar）的极端物理条件，以往这种极端的物理状态只存在于天体的恒星、行星的内部以及核武器的爆炸中。近年来，随着激光、粒子束等发生器所产生的能量、功率和高度的不断提高，使得在实验室人为制造极高能量密度的实验条件成为可能。


　　高能量密度物理是物理学的重要前沿领域，涵盖了等离子体物理、物质科学、凝聚态物理、天体物理、粒子物理等多个研究领域，从宇宙起源到粒子的基本结构几乎“无所不有”。


　　“浩瀚的宇宙充满了神奇和太多的未解之谜。过去，人们只能通过观测的手段来研究诸如超新星爆炸、γ射线爆等各种天体物理现象，而现在随着能提供高能量密度的实验装置的出现，通过实验室模拟，许多天体物理现象就可以‘近在眼前’了。”中国工程物理研究院副院长张维岩向记者描述了高能量密度物理这一极为重要的应用前景。


　　中国工程物理研究院研究员贺贤土院士在题为《高能量密度物理：机遇与挑战》的主题报告中，着重介绍了高能量密度物理在天体物理研究中的应用。贺贤土说，γ射线爆发是天体物理研究中最令人困惑，也是最令人感兴趣的天体现象之一。以高能量密度物理研究为基础的“火球模型”是目前实验室研究γ射线爆的一个重要模型，它让研究人员有机会“近距离”地对γ射线爆进行研究。


　　同样，超新星爆炸现象是最激烈的天体物理现象之一。利用新一代高能量密度实验室设备，可以在宏观尺度上产生相当于天体物理学条件的物质，通过模拟和实验来“再现”超新星爆炸、喷流等各种天体物理现象，这将有助于人类对宇宙起源的认识，并有可能对许多宇宙问题提出新的解释。


　　超快超强期待突破


　　中科院上海光机所研究员徐至展院士在《高能量密度物理的科学内涵与研究前沿》的主题报告中说，近年来，高强度激光、强流粒束、高功率脉冲放电等实验室能量驱动技术与装置等的迅猛创新发展，正将高能量密度物理推进到涵盖更纵深、更宽广的研究和应用领域，并将带动和促进高速仪器、光学、高功率激光等相关行业的发展。


　　徐至展说，热核聚变点火，不仅是人类最终实现聚变能源商业应用过程中必须突破的关键阶段目标，而且也有着重要的国家安全意义。激光核聚变“快点火”新途径研究，不但有可能为我国探索一条更为符合国情的，投资相对少且较为现实的实现惯性约束热核聚变点火的全新途径，同时也将使人们能在极端高能量密度物理，以及超短脉冲激光高技术的创新发展等方面，获得原创性研究成果。


　　另外，由高能量密度物理产生的新的粒子加速机制，有可能为照相技术带来一次划时代的“革命”。这是因为利用脉冲或其它脉冲高能粒子束辐照物体，并将其记录下来的新的照相技术，曝光时间是以飞秒来计算的。因而，可以用它十分容易地捕获和记录下化学反应的每一个瞬间，这对于研究各种化学反应过程和催化剂的作用十分有帮助。在生命科学研究中，人们现在还没有直接“证据”来说明蛋白质、酶之间是怎样结合的或相互作用的，而新的照相技术将可以把整个分子生物反应过程真实地“拍照”下来，供研究人员慢慢研究。


　　与会专家指出，通过这些年所做的大量工作，我国已经具有了产生高能量密度的研究手段，在研究方面具备了一定规模，在理论研究、实验、数值模拟方面具备了一定基础。但高能量密度物理研究是一项大科学工程，具有显著的学科交叉特点，其研究工作艰巨而复杂。因此，需要强化国内各方面在这一领域的合作，在已有的基础上拓宽合作领域。