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激光驱动光子对撞机的新方案
北京大学物理学院颜学庆教授和卢海洋研究员领导的课题组提出了激光驱动光子对撞机的新方案,该方案每脉冲可以产生3亿个Breit-Wheeler事件,并且所产生的正负电子对发散角只有7度,具有非常好的准直性。同时,背景噪声可以得到有效抑制,信噪比高达1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”为题在线发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。 根据爱因斯坦质能方程和量子电动力学理论,在一定条件下光子(能量)可以转化成物质,这对研究物质的起因有重要的作用。相关的理论研究始于上世纪30年代,直到1997年美国SLAC实验室才首次在实验中观测到多光子碰撞产生正负电子对的过程。然而,对于两个高能光子的互作用过程,也就是常说的光子对撞机,到目前为止还未能在实验中观测到。在光子对撞机中,光子的互作用的次数与光子数目和光子互作用截面成正比,与光子束的脉冲宽度、两束光子束的交叠面积成反比。在过去实验中不能观测到光子的互作用过程是因为已有伽马射线源的流强和亮度还达不到要求。 近年来,随着激光技术的发展,特别是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成,激光光强将可以达到1e23W/cm3以上。当如此高强度的激光与物质相互作用时,大部分激光能量被吸收并转化成伽马射线辐射源,如果可以有效控制伽马射线的发散角,辐射的伽马射线将会达到前所未有的流强和亮度。 团队研究人员在前期的工作中对产生超高亮度伽马光源进行了深入的研究,首次从理论上系统阐明了微通道结构靶中,纵向电场主导了电子的加速过程,同时电子的横向加速可以得到有效的抑制,因此可以获得高准直性的电子束,当这些电子束在横向场中的相位发生反转时,电子就会在管道边界处产生强伽马辐射。由于电子的发散角决定了伽马辐射的发散角,因此可以获得准直性非常好的γ-ray辐射源。数值模拟中10PW激光所能获得的发散角小于3度,亮度比之前研究报道结果高出两个数量级的伽马辐射源。图1. 激光驱动光子对撞机产生正负电子对的方案设计图2. 本方案可以获得高出之前2-3量级的伽马光源亮度 本工作即基于以上研究成果,将该超高亮度的伽马射线应用于光子对撞机。理论计算结果表明,该方案可以获得超高信噪比(>1000:1),且每一发正负电子对信号(>1e8)远高于现有测量技术的探测极限。因此,通过该方案可以在实验室中验证光子互作用过程中由能量到物质的转换过程,将提供激光驱动光子对撞机研究的新途径,也将极大的促进双光子BW物理的发展。未来有望依据本方案建设基于重频拍瓦飞秒激光的高亮度伽马源及其应用装置。 北京大学物理学院博士后余金清为论文第一作者。颜学庆教授和卢海洋研究员为通讯作者。论文合作者还包括北京大学的陈佳洱院士、马文君研究员,広岛大学的T. Takahashi教授,高能物理所的黄永盛研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发专项、挑战计划和中国博士后科学基金的联合资助。相关模拟工作得到北京大学高性能计算平台的支持。相关文章链接:Phys. Rev. Lett. 122, 014802 (2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014802Appl. Phys. Lett. 112, 204103 (2018) https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5030942
北京大学 2021-04-11
用于肿瘤病理临床诊断的双光子荧光探针
"该成果创造性地利用高阶非线性光学材料获取医学临床诊断的关键信息。利用自主发明的双光子荧光探针与双光子光学CT成像的特性,首次获取了可用于癌症病理组织快速临床诊断的荧光图像。该技术是山东大学晶体材料国家重点实验室于晓强教授团队的原创,国际、国内均没有同类工作。该成果将直接带动三个高附加值的高技术产业: 1. 新材料产业:双光子荧光探针 2. 新设备产业:临床专用双光子荧光显微镜产业 3. 新技术产业:技术人员培训、临床服务产业 "
山东大学 2021-04-10
混沌辅助的光子动量快速转换的新原理
光子首先从纳米波导直接折射进入微腔混沌模式,其角动量较小,对应于光子在微腔界面的反射角较小。与旋转对称微腔不同,混沌运动使得光子角动量不断发生变化。尤其引人注目的是,微腔内的混沌光子运动并非毫无规律,而是遵循特定的短时动力学规律,从而实现入射光子的角动量在皮秒时间尺度内(一皮秒相当于一万亿分之一秒)随混沌运动从小到大的快速转换。当混沌光子的角动量接近回音壁模式角动量时,二者之间可以发生共振隧穿过程。得益于光子角动量在混沌运动中的快速转换,此创新方法可以实现纳米尺度波导与回音壁光学模式的超宽带耦合。
北京大学 2021-04-11
毫米波相控阵芯片
2020年网络通信与安全紫金山实验室宣布,我国自主可控、成本超低的毫米波相控阵芯片诞生,它覆盖广、速度快,为我国实现毫米波通信技术商用全面化迈出了坚实一步。毫米波相控阵芯片我国商用毫米波相控阵芯片出炉,也标志着中国占据了未来5G通信领域的制高点,也无需担心在芯片应用上受制于人,举例来说,256通道的典型相控阵天线售价高达上百万元,这些技术以往都被美国等西方国家牢牢握在手中,我国不得不以高价购买,如今我国率先突破商用毫米波相控阵芯片,确实是值得庆祝的好消息。毫米波的波长范围为1-10毫米,频率则为30GHz-300GHz,以直射波的方式在空间进行传播,据公开的资料显示,毫米波对沙尘和烟雾具有很强的穿透力,几乎能无衰减的通过沙尘和烟雾,甚至在爆炸和金属散射的条件下,毫米波也能较快地从衰减期恢复通信峰值,又因为毫米波比微波的波束要窄,分辨相距更近的小目标时,毫米波可以更清晰的观察目标细节。5G毫米波相控阵芯片毫米波不仅对改善民用通信有帮助,在军事领域同样至关重要,打个比方,两架战机高速对向移动,它们要实现信息传递必须在空间中找到相互通信的定向天线波束,这是一个非常困难的挑战,而毫米波数字阵列程序,就能很好地解决这个问题,毫米波数字阵列程序采用的单元级数字形成波束技术,可以灵活的变通波束通信方案,能大大缩减发现节点时间,提高信息吞吐量。总之,我国商用毫米波相控阵芯片的诞生,对我国未来社会发展、国防力量提升都有促进作用。分析人士指出,这个突破不仅仅是一组数据、一种芯片的突破,它揭示了伊朗刚刚受到的屈辱,永远不会出现在中国。原文:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1656335203191635680&wfr=spider&for=pc
南京大学 2021-04-10
高性能通信ADC芯片
电子科技大学 2021-04-10
人工智能视觉芯片
人工智能技术飞速发展,我国大体上能够与世界先进国家发展同步。我国拥有自主知识产权的文字识别、语音识别、中文信息处理、智能监控、生物特征识别、工业机器人、服务机器人、无人驾驶汽车等很多智能科技成果已进入市场,但是9%以上是软件、算法产品,在人工智能神经网络芯片研发方向上,我国又是落后于美国5-10年左右,可以预见的是,将来我国的人工智能神经网络硬件又将进口大量的IBM、Google、NVIDA、Braodcom等公司的产品,遵循的标准又将按美国的标准,在市场上处于弱势地位。
电子科技大学 2021-04-10
高出光效率LED芯片
近年来,半导体光源正以新型固体光源的角色逐步进入照明领域。由于半导体照明具有高效、节能、环保、使用寿命长、响应速度快、耐振动、易维护等显著优点,所以在国际上被公认为最有可能进入通用照明领域的新型固态冷光源。随着其价格的不断降低,发光亮度的不断提高,半导体光源在照明领域中展现了广泛的应用前景。业界普遍认为,半导体灯取代传统的白炽灯和荧光灯,是大势所趋。而半导体发光二极管(Light Emitting Diode , 简称LED)被认为是最有可能进入普通照明领域的一种绿色照明光源,按固体发光物理学原理,LED发光效率能近似100 % ,并具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、响应时间极短、光色纯、抗冲击、性能稳定可靠及成本低等优点,因此被誉为21 世纪新光源,有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。虽然LED具有以上的很多优点,但是发光效率和使用寿命仍是制约其普及应用的主要因素。 目前国内大多致力于LED外部封装结构的研究,而公司里多采用进口芯片,如cree芯片,再在现有基础上进行外部封装结构和设计。而即便是散热好,寿命长,取光效率比较好的封装结构,国内所能达到的水平也就是刚刚超出100lm/w。主要原因在于其封装材料的选择和封装结构的不合理性,浪费了芯片的出射光,从而降低了取光效率。而国外LED不仅在外部封装结构,而且在芯片方向都明显优于国内水平,所以基本垄断国内LED的市场,尤其对于功率型白光LED的垄断相当严重。而这些高亮度半导体LED芯片生产技术掌握在以美国Cree和Lumileds、日本的Nichia和Toyoda Gosei,以及欧洲的Osram等为首的少数大公司手中。 现在功率型白光LED 的光效已提高到80~100lmPW,而真正能够取代白炽灯和荧光灯进入通用照明市场,其光效需要达到150lm/ W。这一方面要求在芯片的制作上不断提高LED 的量子效率,同时还要求在LED 的封装及灯具的设计制作过程中尽可能提高出光效率。现有的LED出光效率低的原因之一是,LED芯片的折射率较高,LED发出的光在出射芯片的时候,有相当一部分光被芯片与外界(环氧树脂)的界面反射。本产品是通过特殊镀膜方法,使LED芯片出光效率提高了10%。可以有效的增加LED的使用寿命,达到2万小时以上,而且可以使发光效率达到120lm/w到160lm/w。拥有这样长寿命和高出光效率的白光LED,必将引领整个照明市场,必将产生丰厚的利润,具有非常好的发展前景。
上海理工大学 2021-04-11
视频模拟前端(AFE)芯片
本项目中的视频模拟前端(AFE)芯片是一个完整的200MSPS、10位单片模拟视频接口芯片,用于将YPbPr或RGB计算机视频等格式的模拟视频信号转换为数字视频信号。芯片可支持高达1080p的HDTV电视,以及高达1600X1200的UXGA计算机视频。 芯
西安交通大学 2021-04-11
光学纳米孔测序芯片
现阶段牛津纳米孔公司所开发的MinIon测序仪尚存在若干内在缺陷,如单次使用成本极高,单次检测正确率低,检测通量小,检测速度慢等天然缺陷。在这个意义上,我国科研工作者尚存实现自主知识产权并超越国外同行的机会
南京大学 2021-04-14
肿瘤转移基因芯片
南开大学在天津市科技发展计划科技攻关项目《建立和应用肿瘤转移相关基因生物芯片筛选抗肿瘤转移药物的研究》的资助下,进行了肿瘤转移相关基因生物芯片的研究,在设计探针后,完成制备了含有213个肿瘤转移相关基因的基因芯片。申请国家发明专利:乳腺癌转移相关基因基因芯片的建立及其建立方法,专利(申请)号:20061013107.3(已公示)。 应用上述基因芯片所进行的大量的研究工作,表明该基因芯片有很好的应用前景。由于该基因芯片的成本低于全基因组芯片,有利于大量推广使用。与科研机构、医院和药厂等
南开大学 2021-04-14
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