2025年6月2日 星期一

2025年度邵逸夫天文學獎

平均頒予約翰・理察・邦德 (John Richard Bond))和喬治・艾夫斯塔希歐 (George Efstathiou),以表彰他們在宇宙學方面的開創性工作,尤其是他們對宇宙微波背景輻射漲落的研究。他們的預測已得到大量地面、氣球和太空觀測儀器的驗證,從而精確測定出宇宙的年齡、幾何結構和質能含量。約翰・理察・邦德是加拿大理論天體物理研究所教授暨多倫多大學教授。喬治・艾夫斯塔希歐是英國劍橋大學天體物理學教授。

邵逸夫獎亦表彰邦德和他的合作伙伴提出了「宇宙網」的概念,這是一個由細絲和薄片構成的網絡,將單個星系與更大的結構 (如星系團和星系群)聯繫起來。他們還建立了一套高斯隨機場峰值統計的數學理論,這是人們理解宇宙中星系聚集現象的基礎,並為人們理解早期宇宙膨脹階段產生的原始非高斯性作出了奠基性的貢獻。

而艾夫斯塔希歐則一直是研究星系成團和星系演化的領軍人物之一,其研究基於規模日益龐大和觀測深度不斷拓展的星系巡天數據。他早期便倡導宇宙的質能由暗能量所主導,並與合作伙伴共同開發了N體模擬技術,作為研究宇宙大尺度結構的有力工具。此外,他還在普朗克航天器數據分析中擔任主導角色。

原文網址: https://www.hk01.com/article/60242225

2025年5月21日 星期三

港大物理學家探索量子世界的新突破 透過退禁閉量子臨界點揭示量子物理學中的隱藏秩序

 量子物理學是一個充滿神秘的領域,其中粒子的行為往往違背我們所熟悉的物理規則。而在這個奇妙世界中,隱藏着一個令科學家着迷的謎題:退禁閉量子臨界點(deconfined quantum critical points,DQCPs)。這種特殊的量子現象發生在兩種有序態之間,徹底顛覆了經典物理對相變(有序態與無序態的轉換)的理解。


近日,香港大學(港大)物理學系孟子楊教授與博士研究生宋孟涵,聯同香港中文大學、耶魯大學、加州大學聖塔芭芭拉分校、波鴻魯爾大學及德勒斯登工業大學的研究團隊,成功揭示了DQCP的部分本質。該研究提供了突破性的證據,顯示量子物質在這些神秘臨界點的行為可能包含尚未被理解的新物理規則。這項研究已在《科學進展》(Science Advances)上發表,並有望重塑我們對量子力學、材料科學乃至宇宙本質的認知。

從退禁閉量子臨界點看秩序之間的轉換
在日常生活中,水結成冰或蒸發成蒸氣的過程稱為「相變」,這些現象都是可由經典熱力學完美解釋。然而,在量子世界中,相變的驅動因素並非温度,而是粒子在微觀尺度上的量子漲落——即粒子的隨機運動。量子相變通常發生在絕對零度(-273.15℃),其特徵是在一個特殊的點——量子臨界點上發生。傳統上,量子臨界點被視為有序態(粒子規則排列)與無序態(粒子混沌運動)之間的分界,其理論基礎由凝聚態物理的「聖杯」、朗道理論來奠定;然而,退禁閉量子臨界點(DQCPs)卻徹底打破了這個範式。

DQCPs並非分隔有序與無序的邊界,而是存在於兩種不同的有序態之間。這種「秩序與秩序之間的轉換」徹底顛覆了傳統相變理論,引發了學界數十年關於其本質是連續相變(平滑漸變)還是一級相變(劇烈突變)的激烈爭論。

糾纏熵:打開量子黑盒子的金鑰
為了研究這奇特的量子現象,港大研究團隊透過量子蒙特卡洛模擬(一種量子系統的電腦建模方法)與理論分析的深度結合,系統性地研究了二維SU(N)自旋模型(一種能實現DQCP的晶格模型)中的糾纏熵行為。糾纏熵是一種描述粒子量子關聯強度的物理量,猶如一扇窺探量子系統深層結構的窗口,能窺探量子系統的深層結構。

研究發現了突破性的證據:當對稱性參數N較小時,退禁閉量子臨界點處的糾纏熵呈現反常「對數行為」,即糾纏熵隨系統大小以對數函數增長,而非傳統理論預測的線性或其他標度行為。這一結果與傳統連續相變理論的預測直接矛盾,顯示在低N的情況下,DQCPs可能無法用傳統連續相變理論描述,暗示量子漲落中存在尚未被認知的新物理機制。更具顛覆性的是,團隊發現了對稱性參數N的關鍵閾值效應:當N超過該閾值時,DQCPs展現出與共形不動點一致的行為特徵,顯示系統在此條件下可能真正實現了連續量子相變。這項發現為統一理論解釋提供了關鍵線索,表明量子臨界行為可能對系統對稱性具有高度敏感性,只有在特定條件下才能展現連續相變的特性。

此研究的深遠意義
退禁閉量子臨界點(DQCPs)提供了一個獨特的窗口,讓我們可以深入探索量子力學、對稱性與臨界現象之間的複雜關係。了解它們的本質可能帶來以下幾方面的重要啟示:
1. 奇異量子態:DQCPs與量子自旋液體等新奇物態密切相關,後者被認為是拓樸量子計算的理想載體。
2. 基礎理論革新:挑戰朗道-金茲堡範式,推動發展超越傳統對稱性破缺理論的新框架。
3. 科技革命前瞻:提供設計高溫超導體、量子磁性材料等全新理論指導。

退禁閉量子臨界點作為量子力學中的重要課題,位於現代物理研究的前沿,展現了探索未知領域的巨大潛力。透過對糾纏熵與 SU(N) 自旋模型的深入分析,研究者逐步揭示了這些臨界現象的內在機制,為理解量子臨界點的本質邁出了重要一步。

以上研究以 《Evolution of entanglement entropy at SU(N) deconfined quantum critical points》為題,發表在國際知名期刊《科學進展(Science Advances)》。如欲參閱完整論文,可透過以下連結瀏覽:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr0634

本新聞稿內容以英文版本為準

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2025年3月11日 星期二

裘槎科學周2025

裘槎科學周為香港年度科學教育盛事,讓年輕一代體驗生活中的科學。

透過多元化的免費雙語活動及工作坊,鼓勵參加者主動探索及思考科學與生活的關係。

自2018年以來,已有超過320,000 名學生、家長及教師參與其中。為支援學校教育,計劃特設多項校園活動,包括科學劇場巡迴演出、網上工作坊及教學資源,協助教師推動科學教育。

裘槎科學周由裘槎基金會資助,並由裘槎基金會、教育局及香港科學館聯合主辦。裘槎基金會是獨立私人基金會,致力提高本港的自然科學、科技和醫學水平。

今年裘槎科學周活動將圍繞日常生活中的科學,讓參加者更充分了解及學習科學知識與日常生活之間的關聯。所有活動均免費參與。詳情及活動報名請往裘槎科學周網頁。

裘槎科學周網頁:https://croucherscienceweek.hk/hk

2024年10月9日 星期三

The Nobel Prize in Physics 2024

The Nobel Prize in Physics 2024 was awarded to John J. Hopfield and Geoffrey E. Hinton “for foundational discoveries and inventions that enable machine learning with artificial neural networks.”

Hopfield created a structure that can store and reconstruct information. Hinton invented a method that can independently discover properties in data and which has become important for the large neural networks now in use.