物理学有哪几个研究方向

物理学术课程为本科生和研究生提供了学习的机会。这两门学术课程都为理论和应用物理学的基础打下了坚实的基础。那么加州理工学院物理研究方向有哪些呢？接下来立思辰留学为同学们详细解答。加州理工学院物理研究方向物理学术课程为本科生和研究生提供了学习的机会。这两门学术课程都为理论和应用物理学的基础打下了坚实的基础，并为学生将来在广泛的相关领域的学术研究或职业做好了准备。物理学研究 是高度跨学科的，通常与应用物理，天体物理学，行星科学，工程学，化学和生物学系的科学家以及其他大学和实验室的合作者合作进行。研究方向包括实验基本粒子物理学，理论基本粒子物理学，核物理学，观测天体物理学，理论天体物理学，宇宙学，引力波天文学，凝聚态物理以及量子光学和信息。物理学选修课程的研究生和本科生可以在加州理工学院的其他系和部门从事研究和课堂作业。联系特别紧密的领域是天文学，数学，应用物理，生物工程，计算和数学科学以及电气工程。

人类文明能取得今天的辉煌成果，离不开无数科学家的付出，就如同牛顿所说的那样：假如我能够比别人瞭望的略微远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上！诚然，科学的发展是一个逐步积累的过程，也许某些伟大的科学家对人类的贡献比较大，但归根结底，人类文明是由无数科学家将知识不断传承才发展出来的！科学的本质是认识自然，其中尤以物理学最为重要，尤其是量子力学和相对论的创立，使得人们能够透过现象了解到物质之间最基本的作用，让人类拥有了飞出地球，走向宇宙的可能性！虽然人类依靠积累起来的知识，发展出了灿烂的文明，但这些知识就是正确的吗？就像1+1=2只是人类创造出来认识世界的工具而已，或许宇宙的本质根本没有这些概念，而宇宙最本质的东西才是物理学真正的研究方向！宇宙最基本粒子特斯拉作为最接近神的男人，就曾对物理学的方向产生了怀疑！我们知道，特斯拉拥有着天才的头脑，在其辉煌的一生中，他一共获得了大约1000项发明，其中包含交流发电机、收音机、雷达、X光摄影技术、传真机、飞弹导航等等，而这些发明几乎都与我们现代生活息息相关！雷达相信任何人如果拥有了这些发明中的百分之一，其生活一定过得很舒服，但特斯拉却过得非常清贫，这些发明并没有为他带来物质上的改变，当然，像特斯拉这样伟大的人，物质生活也许根本不是他想要追求的。晚年的特斯拉做出了一个令人费解的举动，他几乎烧掉了自己所有的研究手稿！这另所有人都大吃一惊！要知道，这些手稿的重要性不言而喻，其中甚至可能包含着改变世界格局发明！尼古拉特斯拉据传，特斯拉在去世前一直致力于反重力飞行器的研究，而且取得了不菲的成果。他甚至在自己的研究笔记中写到：不需要任何的化学能推进，反重力飞行器就可以在空中保持静止，这是不是看起来很像是UFO？特斯拉反重力飞船手稿或许是在研究反重力飞行器的过程中发现了什么可怕的事情，才让特斯拉烧毁了自己的手稿，目的便是不让危险的发明公之于众！但也有另外一种说法，据传特斯拉完成了宇宙大统一场的研究，而这些手稿则记录了研究过程。甚至有人曾听到特斯拉说：空间根本不会弯曲，因为弯曲拉伸的部分会被宇宙中的其它物质（以太）抵消！也就是说，特斯拉很可能完成了宇宙大统一场的研究，至少是基础理论的建立！扭曲的空间但是宇宙大统一场理论或许跟我们现代物理学是完全相反的两条路，也就是说，现代物理学的前进方向也许是错误的，至少，我们可以有更加简单的捷径来直达宇宙最本质的东西！宇宙但特斯拉本身并不能完全确定研究的正确性，尤其是自己有生之年并不能完善的情况下，这样动摇整个物理学根基的理论如果面世，很可能为整个人类文明带来灾难般的倒退！所以特斯拉烧毁了自己的手稿！当然，一切都是传言，究竟手稿的内容是什么，也许有人见到过，也许从未有人看到过

2020年代的三个物理发展方向2020年将是量子的十年对2010年代物理学发表的最强烈的负面反应是，应该给量子计算/量子信息以荣誉。之所以没有这样做，是因为认为量子计算的最近几年并不重要也不令人兴奋-恰恰相反（请注意，将“量子至上性”作为共同发现的结果，2019年）。之所以没有将2010年称为“量子信息十年”，是因为感觉好像我们正处在某种事物的开始而不是中间。尽管在开发量子计算工具和技术方面做了很多很棒的工作，但是在过去十年的大部分时间里，。在刚刚过去的几年中，虽然，这感觉就像我们正在进入一个新的制度，在合法的，可核查的量子系统开始能够解决了哪些问题量子计算是真正重要的。诚然，谷歌用来证明“量子至上性”的问题实际上并不是一个有趣的问题，，因为它表明量子计算机可用于非常快速地找到绝对没有人会发现的结果。不在乎。但是，与“量子系统模拟”领域中一些更有趣的问题相比，这并不是一个巨大的飞跃，并且鉴于当前针对该子领域的所有努力和金钱，我认为期望越来越多并不是没有道理的有趣的是，未来几年的结果。因此，我认为遥远的未来物理学家很有可能会回顾2020年代，并说：“哦，是的，那时候量子计算才真正起飞……”2020年代将是超导体的十年另一个可能性（虽然可能需要更长的时间）是，在我们对高温超导性的理解中，2020年代将取得突破。最近对扭曲的双层石墨烯等特殊材料以及在高压下会超导的材料（以及程度较轻的超冷原子类似物）的所有最新研究成果。这些系统提供了高度的灵活性实验测试台在相关参数终于可以提供清洁和令人信服的数据来梳理一下是怎么回事在高-T方面自1986年以来一直令人费解的凝聚态物理学家系统。这是一个远景，有两个原因：首先，也是最重要的，因为这些新系统绝对不会带来任何突破，这绝对不是确定的。但是，与此同时，并不能保证突破会真正产生影响-如果它只是解决了一个相对抽象的理论问题，就将其铭记为凝聚态物理的黄金时代的终结，并且对这一领域没有太多思考。另一方面，如果对机理的理解导致设计出甚至在更高温度下变得超导的新材料的能力，那将彻底改变各种技术。因此，它之所以能名列前茅，是因为它虽然遥遥无期，但如果能获得回报，那绝对会使所有对未来社会意义重大的事物。2020年将是“绿色能源”的十年就是说，认为气候变化是一个紧迫的问题，任何对解决该问题的重大贡献都将具有重大意义。就像曼哈顿计划和阿波罗计划定义了他们的时代而又没有完全重新定义基础科学一样即使我们没有在基础科学上看到巨大的进步，对绿色能源技术的大力推动也必然会在很大程度上涉及物理学，并且，如果这种努力成功了，它将永远被铭记为实现这一目标的关键步骤之一。通向更美好世界的道路。因此，对于认为定义物理2020年代的事情，有三点建议。这些当然是潜在的相互关联的-也就是说，量子计算的突破可能被证明对于理解和工程化超导性至关重要，而实用的高温超导体将是绿色能源技术的最终例子之一。但是，我认为它们是相当不同的，因为尽管您可以想象它们相互促进，但您也可以在没有其他两个的情况下获得其中任何一个。再一次，这并不意味着我认为我没有提到的物理学的许多子领域都是死胡同，将无法产生任何令人难忘的东西-物理学家在各个领域将进行各种有趣而激动人心的工作在接下来的十年里。认为这只是三个领域，它们有可能以某种方式真正爆发，从而使他们记住数十年，从而定义了即将到来的物理学时代。

物理专业的本科生考研时，除了可以考虑本专业之外，还可以重点考虑一下计算机相关专业，一方面原因是在知识结构上相似程度比较高，另一方面原因是当前计算机相关专业的人才需求量比较大，尤其是以研究生为代表的高端应用型人才和研发型人才。从近些年的考研情况来看，确实有不少物理专业的本科生会考研计算机专业，在具体方向的选择上，不少同学会偏向于物联网、智能装备和计算机网络等。按照历史经验来看，物理专业的本科生读研计算机专业还是比较适合的，大部分学生都能够顺利毕业，其中不少人还会继续读博，从而走上专业研发的道路。物理专业的本科生如果考研计算机专业，需要做好三件事，其一是尽早准备，由于计算机专业课的内容相对比较多而且难度也相对比较大，所以要留出足够的复习时间。其二是为自己构建一个较好的学习环境，如果能够得到专业老师的指导会更好一些，能够在一定程度上提升复习效率。其三是要根据自身的实际情况选择目标学校，前期可以多选择几个不同层次的目标学校，后期再最终确定一个。在具体方向的选择上，一方面要考虑到自身的知识结构、兴趣爱好，另一方面还需要考虑到当前的技术发展趋势和目标学校的学科实力。从当前的发展趋势来看，物联网、大数据、人工智能等领域的前景还是比较不错的，可以重点考虑一下这些方向。最后，对于跨考生来说，在准备考研的过程中，还需有重视自身实践能力的提升，尤其是程序设计能力，不少重点高校在考研复试阶段会有上机实践考试。我从事互联网行业多年，目前也在带计算机专业的研究生，主要的研究方向集中在大数据和人工智能领域，我会陆续写一些关于互联网技术方面的文章，感兴趣的朋友可以关注我，相信一定会有所收获。如果有互联网、大数据、人工智能等方面的问题，或者是考研方面的问题，都可以在评论区留言，或者私信我！

新高考改革的问题集中在物理选不选上，这是个不争的事实。选不选要因人而异，并没有绝对的对错。但是如果我们连大学物理要学什么？学到什么程度？哪些大学的物理研究什么都不知道，我们的选择就是盲目的。为了避免这类盲目的问题带来的后果，我把国内目前物理学的发展现状和各顶尖高校的物理学相关情况做个粗略的介绍，希望给新高一的家长和学生带来帮助。如果您的孩子高考后进行志愿填报的时候想考虑物理学，也请认真阅读这篇文章。想中国物理学的现状，首先要知道世界物理学的现状，因为中国物理学一直落后于西方，它的现状和发展很基本上是由世界物理学现状及发展所决定的。近300年物理学经历了三次重大突破：1、是牛顿力学的建立和热力学的发展；牛顿力学的建立和热力学的发展，导致了蒸汽机的发明，使人类进入蒸汽动力时代，进入了第一次工业革命；19世纪，从法拉第发现电磁感应，导致了发电机的发明，使人类进入了电气时代。第一次工业革命，主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是牛顿力学和热力学发展的结果。2、麦克斯韦创立了电磁理论；麦克斯韦电磁理论基础的电学和磁学的经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程预言：变化的电磁场以波的形式向空间传播。第二次工业革命，主要标志是电力的广泛应用和无线电通讯的实现，这是电磁现象的研究和经典电磁场理论的重大突破的结果。3、相对论、量子力学的创立。相对论和量子力学，前者补充了经典力学在高速，强引力场下的缺失，而后者填补经典力学在次原子世界的理论空白。第三次科技革命以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这都离不开20世纪以相对论和量子力学为主要内容的近代物理的发展。接下来我们说说国内物理学的状况。首先给大家提供一个最新的好消息：2月28日凌晨，来自中国科学院物理研究所、南京大学和普林斯顿大学的3个研究组分别在Nature杂志发布了最新研究成果。他们的研究结果表明，数千种已知材料都可能具有拓扑性质，即自然界中大约24%的材料可能都具有拓扑结构。这个数字让人震惊。因为在这之前，科学家知道的拓扑材料只有几百种，其中被详细研究过的只有十几种。这个消息对大部分普通人而言不太好理解，毕竟涉及到了拓扑这类的专业词汇。不过，大家只要知道我国物理研究现在有很多方向的成功居于世界前列就可以了。下面是重点。国内将物理学列为一级学科，其下有理论物理，粒子物理及原子核物理，原子分子物理，凝聚态物理，光学，声学，等离子体物理，无线电物理八个二级学科。上次我在科普文章里给大家介绍过凝聚态物理。凝聚态物理是现在物理学最大的分支领域。大家比较熟悉的凝聚态物理的重大成就是半导体的发现及应用。这个发现的社会价值只需看一眼身边的电脑和手机我想所有人都会明白。凝聚态物理最近最热的方向，一个是“超导”，另一个是“纳米”。可以肯定的说，作为物理学最大的分支方向，它已经逐渐发展为整个物理学的主干和中心，无论是新高一的同学还是高考选报物理学相关专业的同学，你们中超过半数的人在将这个领域辛勤地工作着为人类造福。光学目前是物理学最接近应用领域的一个分支，因为它的应用性太强了，在实际应用中即可成为能量的载体也可成为信息的载体。激光的发现重要性丝毫不亚于半导体，它使得光学发展为仅次于凝聚态物理的物理学第二大分支，并且目前比凝聚态物理更接近实际应用。物理所，中科院里神一样的存在。物理所是以物理学基础研究与应用基础研究为主的多学科、综合性研究机构，研究方向以凝聚态物理为主，包括凝聚态物理、光学物理、原子分子物理、等离子体物理、软物质物理、凝聚态理论和计算物理等。战略定位是“面向国家战略需求，面向世界科技前沿”，发展目标是“建成国际一流物质科学研究基地”。在中科院基础科学园区里，规模最大的研究所就是中国科学院物理研究所，以其为载体的凝聚态物理国家实验室，是国家最重要的凝聚态物理研究基地，具有国际一流的研究水平。物理所第一个国家级实验室就是大名鼎鼎的超导国家重点实验室，是中国基础科学研究的一支王牌之师。有志于此的孩子在高考不能选择这里，但是可以考虑好专业方向，本科学习超导相关专业或理论物理，将来读博或博士后到这里继续深造。北京大学物理学，全国最好的物理系（学院）北京大学理科专业从建国以来一直是全国高校中最好的，北大物理最大的特点是各个二级学科方向都很强，尤其理论物理领域远远领先于其他高校，其它的几个二级学科方向也在全国位列三甲，北大物理一共有理论物理，粒子物理和核物理，凝聚态物理，光学四个国家重点学科。南京大学物理系，凝聚态物理和声学物理全国高校最强。凝聚态物理专业在国内高校中首屈一指，凭借这个优势奠定了南京大学在国内物理系（学院）的地位。南大物理共有理论物理，凝聚态物理，声学，无线电物理四个国家重点学科，其中除凝聚态物理外和它的声学专业也是全国高校中最强的。如果把天文学纳入物理学领域的话，由于比邻紫金山天文台，它的天体物理专业在国内更是一枝独秀。南大物理系冯端院士与中科院半导体所的黄昆院士可以并称为中国固体物理学（凝聚态物理学的核心部分）的泰山北斗。中国科学技术大学，全国唯一有两个物理系的高校，中国科学院博士生培养基地。。物理系以研究凝聚态物理和光学两个大的应用方向为主。它的近代物理系以研究理论物理，粒子物理及核物理，原子分子物理，等离子物理等理论及实验方向为主，对应过去中科院的近代物理所（现分裂为北京高能所，兰州近物所和原子能研究院）。科大物理有五个国家重点学科，分别是理论物理，粒子物理及核物理，凝聚态物理，光学，等离子物理，比北大和南大还要多出一个，它的近代物理领域一直是全国高校中最强的。复旦大学物理系，光学领域全国高校最强。和南大抓住凝聚态物理一样，复旦大学物理系抓住了物理学的第二大应用领域光学，从而也奠定了其国内一流物理系的地位。复旦物理有理论物理，凝聚态物理，光学三个国家重点学科，其中光学领域是全国高校中最强的。复旦大学物理系办学理念“办大学就是大师办学，无大师就无大学”武汉大学物理科学与技术学院，来最美之大学，成就最美之人生。钱学森曾说：“物理学是自然科学的基础之基础”。从自强学堂的格致门，到21世纪的武汉大学物理科学与技术学院，在这里，有师德厚重、学术顶尖的教学师资，有门类齐全、紧跟前沿的科研平台，有各具特色、国际范儿十足的联合培养班。在这里，你可以与大师为友，以同窗为伴，沿着美丽的武大梦追逐科学之梦、真理之梦、强国之梦，“判天地之美，析万物之理”，开启新的人生征程！“黄鹤楼中吹玉笛，江城五月落梅花”此外国内还有很多高校的物理系都非常优秀，篇幅关系就不一一列举了。“疯了老陈”，用内容影响世界！

物理学专业“最好的”三所大学，就业前景广阔，还没毕业就被聘用如今早已过了“学好数理化，走遍天下都不怕”的年代，那么现在的大学物理专业的学生毕业后，主要从事什么工作呢，哪几所大学的物理专业比较好呢？就由小编来一一解答。大学物理主要涉及到高深的理论研究，从微观、宏观到宇观，从少体到多体，从简单到复杂的各种系统都是物理学研究的范畴。除了理论研究也有实际应用，所以物理学也能与很多不同领域进行交叉，培养相应科学技术领域中从事科研、教学、技术、应用和管理等方面的创新性人才。毕业后主要从事教育、新能源、电子技术等行业工作。中国每年培养本科应用物理专业人才约12000人。和该专业存在交叉的专业包括物理专业，工程物理专业，半导体和材料专业等。人才需求方面，中国对应用物理专业的人才需求，仍旧是供不应求。像应用物理这样基础性专业的人才，由于其可塑性强，基础知识扎实，反而越来越能得到各个行业的重视，可见物理专业并不是想象中那样没落。但这就对开设该专业的大学要求就比较严格，优秀的物理学专业大学会有很好的就业机会，但如果是一般的大学可能就比较尴尬，所以小编接着给大家介绍三所比较好的大学。01、北京大学北京大学的物理专业，在全国排名第一，1913年开设物理学。1919年更名为物理系。抗战时期，北大、清华、南开三校物理系合并于西南联合大学。1952年全国院系调整后，北京大学物理系集原北大、清华、燕大三校物理精英成为我国高校实力最强的物理重镇，并先后创办或参与创建全国高校第一个核科学专业、半导体物理专业、地球物理专业等。在物理方面，学院现有物理学、核物理、2个国家理科基础研究和教学人才培养基地，物理学一级学科博士点及博士后流动站，物理学为国家一级重点学科（含理论物理、凝聚态物理、光学、粒子物理与原子核物理、大气物理学与大气环境、多个国家二级重点学科）02、清华大学清华大学物理系成立于“清华学校”设立大学部后的第二年——1926年的秋天，是清华大学成立最早的十个系之一。清华大学物理系是目前国内发展最快、最好的物理系之一，在凝聚态物理、原子分子和光物理、高能物理、核物理、天体物理以及生物物理等多个学科方向有所建树。03、中国科学技术大学中国科学技术大学是中国科学院所属的一所的综合性全国重点大学。1958年9月创建于北京，首任校长由郭沫若兼任。建校后，中国科学院实施“全院办校，所系结合”的办学方针，学校紧紧围绕国家急需的新兴科技领域设置系科专业，创造性地把理科与工科即前沿科学与高新技术相结合，注重基础课教学，高起点、宽口径培养新兴、边缘、交叉学科的尖端科技人才。中国科学技术大学物理学院内建有核探测与核电子学国家重点实验室，量子信息、星系与宇宙学、强耦合量子材料物理、微观磁共振、光电子技术、物理电子学等6个中国科学院及安徽省重点实验室。同时，物理学院还紧密依托合肥微尺度物质科学国家实验室、同步辐射国家实验室以及中国科学院强磁场科学中心开展研究工作。物理学为国家一级学科。以上就是我今天为大家介绍的关于物理学的就业前景，以及国内物理学专业的比较好的三所大学。

首先，对于应用物理专业来说，如果想跨专业考研，那么可以重点关注一下计算机相关专业，在当前大数据、物联网和人工智能的时代背景下，计算机相关方向研究生未来的发展空间还是比较大的。从知识结构上来看，物理是计算机专业的重要基础知识之一，如果说计算机软件问题就是数学问题的话，那么计算机的硬件问题说到底就是物理问题，所以计算机专业也比较注重物理知识的学习，尤其是物联网、通信相关方向更是如此。目前也确实有不少物理专业的本科生在读研的时候选择计算机相关方向，按照历史经验来看，这些物理专业的跨考生大部分都能够顺利毕业。对于物理专业的本科生来说，要想跨考计算机专业，需要注意以下几个方面的内容：第一：注重专业课的复习。物理专业的本科生需要注重专业课的复习，在复习专业课的时候既要注重初试阶段考核内容的学习，也应该注重专业知识面的广度，以应对未来的复试环节。第二：注重目标学校的选择。目标学校的选择可以根据自身的学习能力来确定，也可以跟专业课老师做一个详细的沟通，重点在于目标学习的整体资源整合能力、学科实力等因素。第三：早做准备。虽然物理专业跨考计算机专业比较常见，但是毕竟在知识结构上，物理专业与计算机专业有较大的区别，所以要想有一个较好的复习效果，一定要早做准备。最后，在具体方向的选择上可以侧重一下硬件相关方向，比如数控、通信、智能装备等都是不错的选择，当然也可以选择大数据、物联网和人工智能相关的方向，这些方向的发展前景也都比较广阔。我从事互联网行业多年，目前也在带计算机专业的研究生，主要的研究方向集中在大数据和人工智能领域，我会陆续写一些关于互联网技术方面的文章，感兴趣的朋友可以关注我，相信一定会有所收获。如果有互联网、大数据、人工智能等方面的问题，或者是考研方面的问题，都可以在评论区留言！

博科园：科学科普-物理学类大型强子对撞机（LHC）为我们找到了希格斯玻色子，但在那之后，它似乎在新粒子的寻找道路上遭遇了瓶颈。不少物理学家认为，我们无法从LHC中取得新发现了。但即便如此，物理学也不会因此止步。在我们最熟悉的质子、电子，以及中微子和μ子中，还藏着我们尚不了解的奇异特性。也许，下一次物理学革命，就在这些常见粒子中出现。绘图：Lauren Mortimer在2015年那令人激动的几个月中，通往未知世界的大门被推开了。欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）中的反常数据表明，可能存在一种新粒子，这位出人意料的造访者意味着我们所知的自然法则需要改变。然而，在得到了更多的数据后，反常现象消失了。门嘎吱一响，又关上了。这是十分令人沮丧的一件事。当LHC在2012年找到希格斯玻色子时，给标准模型画上了完整的句号。标准模型是我们现有的关于物质及其运动规律的最好理论。但这个理论还有很多疑问未被解答：不能解释引力，也无法告诉我们占星系比重如此之大的暗物质的本质，以及希格斯粒子这样的粒子是怎样获得质量的。LHC确实有很多值得庆祝的地方，但是更小更高精度的探测器可能会是第一个发现新物理规律的。“标准模型是不完整的，这里一定还有些我们不知道的东西，”波士顿大学的粒子物理学家李·罗伯茨（Lee Roberts）说道，“但是现在看上去很难再通过LHC发现什么东西了。”消极的情绪在蔓延。最近一项调查显示，在马德里参加一个研讨会的54个物理学家中，有29%的人认为LHC不会发现新东西了。而造一个更大的对撞机即便不是完全不可能，也不怎么现实，那现在该怎么办呢？答案是向着高精度迈进，而不是高功率。基于这个理念，有一批实验正在检查常见的粒子，希望能找到粒子异常行为的极其微弱的信号。而这些反常行为，可能暴露了新物理现象带来的影响。这类实验并不容易，但以小搏大，本文介绍的研究有可能打败那些大型加速器。多变的中微子：暗示隐藏的相互作用？标准模型中最著名的反常角色就是中微子。在标准模型的原始版本中，这些不活跃且多变的粒子是没有质量的。但在1998年，深埋于日本一座山下，存有50000吨水的实验装置却表明事实并非如此。中微子3种“味道”——电子中微子，μ中微子和τ中微子——超级神冈探测器捕捉到来自大气层上空的μ子中微子变成了其他两种。“中微子振荡”只有在这三种味具有不同质量的情况下才有可能发生，这也表明中微子都有质量，尽管质量很小。这项发现荣获2015年的诺贝尔物理学奖。不过，尽管中微子振荡显然暴露了标准模型之外的什么东西，但是究竟是什么，我们仍不清楚。“有多种修改标准模型，使之可以解释中微子振荡的方法，”超级神冈探测器合作组成员、波士顿大学的艾德·卡恩斯（Ed Kearns）说道，“我们现在主要做的是，将我们所能想到的所有可测量的中微子性质放到一起，仔细检查，看是否有什么东西被我们遗漏掉了。”一种可能的方向是，检验中微子和它们的反物质（反中微子）的振荡方式是否有所不同，也就看中微子是否遵循CP对称。标准理论认为大爆炸制造了相等数量的物质和反物质，而且在物理定律中，两者是等同的。但这不可能是完全正确的。物质和反物质相遇时会湮灭，所以我们生活在由物质主导的宇宙中这一事实，就说明CP对称一定以某种方式被破坏了。事实上，我们知道，四种自然力中的弱核相互作用对物质和反物质的效果就不一样，但是这也不足以解释为什么物质占主导。这表明，还需要一种未知的力来解释余下的差异。此外，因为中微子很难通过已知的力相互作用，如果它们受这种新的力影响，那么其现象应该会更容易被发现。超级神冈探测器（来源：东京大学宇宙射线研究所）东京大学超级神冈探测器的水箱还可以检测到距离其296千米来自日本东海对撞机产生的中微子和反中微子。在2016年7月，这项名为T2K的实验观测到了中微子和反中微子不同的振荡信号。“这基本上可以说是标准的CP破缺现象，”卡恩斯说道，“如果的确存在，你就可以严肃思考中微子部分对宇宙物质和反物质不对称的贡献。”然而事情还没有结束。在其探测到的数百万个μ中微子中，T2K检测到32个变成了电子中微子，同时只发现4个反μ中微子转变为了相应的反电子粒子。这还不足确定无疑地说CP对称被破坏了。T2K仍然在收集数据，美国的一个同类型的、叫为NOvA的实验应该有助于证实T2k的结果。中微子还能通过其他方式向我们展示新物理。除了T2K实验的结果，中微子还可能在另一个方面让我们大吃一惊，它们有可能是自己的反粒子，这种性质会在一种很罕见的放射衰变中展现出来。或者，有可能证明存在第四种，更加不活跃的“惰性”中微子，这种粒子比LHC中产生的任何粒子都要重，同时也是暗物质的有力候选者。压缩的电子：检查电子的无瑕形状因为我们一直在摆弄这两种粒子，在我们看来电子和中子应该没有秘密。所以关于这些平凡粒子的任何意外都意义重大。标准模型预言它们是完美的球形。但任何一种未知的奇异粒子都可能对这些普通粒子产生一些细微的效应，挤压或者拉扯它们，使其偏离球形。具体来说，它们会产生电偶极矩：粒子中的正电荷和负电荷会略微分开一点。“如果你测到了电偶极矩，那你毫无疑问地知道这就是新物理，”西雅图华盛顿大学的Brent Graner说。这使得电偶极矩成为一个十分有吸引力的目标，特别是对一些预算很少的物理学家，因为寻找电偶极矩的实验相对来说能标较低，耗资较少。其诀窍是仔细测量名为自旋的性质。就像旋转的陀螺由于重力所加的力矩而轻微晃动一样，具有电偶极矩的粒子也会在电场中晃动。问题是这个晃动非常细微，所以极难检测到。通过使用超冷态氧化钍分子来放大变形，哈佛大学的冷分子电子电偶极矩实验（ACME）对电子的球形形状做了目前为止最为精确的测量。在2013年，该实验室发现，电子的电偶极矩小于10^-28 ecm，ecm是电子电荷量乘以厘米，是一个量度正负电荷偏离程度的单位。ACME团队成员，耶鲁大学的David DeMille做了另一个类比：如果电子是地球大小，它的形状与完美球形的偏差，就相当于把球顶部的10纳米薄片削下放到球底部一样。这个团队现在还在改进实验，以提高其敏感度。与此同时，美国橡树岭国家实验室的nEDM实验正在检测中子。之前的一系列实验表明，中子与完美球形的偏差是万亿分之一。nEDM将实验装置安放于超流氦中，使其精度又提高了100倍。这使得实验团队可以增强施加在中子上的电场，并降低中子的速度，从而大大提高观测到中子偏离球形的几率——如果它的确不是完美球形的话。在西雅图，Graner的实验在观察汞原子。还有人建议观察质子的电偶极矩，来搜寻一种名为轴子的假想暗物质粒子。这些实验针对的都是LHC可能无法直接观测到的粒子效应。LHC主要靠质子相撞，创造出短暂存在的大质量粒子，科学家可以根据根据这些粒子留下的残骸辨认出它们。能量更高，就能产生质量更大的粒子。然而，即使是在设计能达到的最高能标，LHC能找到的最重粒子也只是4~5TeV，DeMille说。与之不同的是，以ACME现有的敏感度，它可以探测到质量达到7~8TeV的粒子，如果真存在这类粒子的话。该团队提出的改进方案可以进一步扩展探测极限，从而看到质量高达40TeV的粒子。更进一步的调整甚至可能达到100TeV。“通过这些高精度的测量，这个实验的灵敏度可能足以探测到质量超出任何一个加速器能力范围的新粒子，”DeMille说，“肯定超过目前所有正在运行的加速器，可能也超过了任何一个设想中的加速器。”磁性异常：μ子正准备登场电子的不为人所知的表亲，μ子，15年前就被发现行为异常了。我们可能就快找到是什么导致了其异常行为了。两种粒子都相当于旋转的带电球，所以它们会产生磁矩，对于你我来说就是南极和北极。在1928年，物理学家保罗·狄拉克计算了与这个磁矩相关的一个名为g因子的量，这个量对于μ子和电子来说应该准确等于2。但是当我们在20世纪40年代测量电子的磁矩时，g因子比计算得到的大一点：更像是2.002。我们之后发现这是由于虚粒子对电子的磁矩有轻微的影响，按照量子力学原理，这种粒子会不断地从真空中出现和湮灭。“就像是电子有个从真空中出现的舞伴，抓住它的手绕着它旋转，”费米实验室的Chris Polly说，这一效应在μ子上表现得更为明显，因为其质量比电子大207倍。“μ子周围似乎会产生更多的虚粒子。”这使μ子特别适合用来寻找超对称理论预言的重粒子。超对称是一个标准模型的扩展理论，颇受物理学家欢迎，但到目前为止LHC还未能探测到它预言的粒子。物理学家观测到的磁矩差异主要是由于电子和正电子等寻常粒子的作用，加上一点夸克、W和Z玻色子，以及希格斯波色子的影响，这些粒子狄拉克当初还不知道，但如今已经是标准模型的基本元素。然而，2001年布鲁克海文国家实验室的E821实验表明，μ子的磁矩更加反常，比标准模型预测的还大了约40亿分之一。这个异常在统计上还不够显著，并不足以算作一个发现，该实验也在这个团队验证其实验结果之前关闭了。但是一个名为μ子g-2的新实验给我们了另一机会。在2013年，E821用过的探测器，一个直径15米的巨大环状超导磁体被抬上了从纽约前往芝加哥的船（下图为运输图）。在那里，它会使用费米实验室的μ子束重新运行。新的实验在2017年春天启动，在同年10月开始获得高质量的数据。实验团队的物理学家希望在2018年发布首批结果，证实布鲁克海文实验是正确。Muon g-2探测器（来源：布鲁克海文国家实验室）对于Polly来说，这也是很私人的一件事。他利用布鲁克海文的数据完成了他的博士研究，同时他从μ子g-2实验启动时就是这个项目的负责人。“我一直焦虑地怀疑那个15年之前的结果是否真实的，如果结果是真的而且很有趣，”他说，“对我来说能够在这里重新研究μ子将会很不错。”质子永远不会消亡——真的是这样吗？质子，原子核的基本成分，被认为是绝对稳定的，也就是说它不会衰变。如果不是这样，那么一定存在某种新的力控制它的消亡。但从没有人见过质子衰变，而且绝不是因为我们没有注意观察。这将我们又带回了日本山中的巨大水箱。虽然超级神冈主要做中微子相关的实验，但它的探测器自从运行以来的20年也在同时等待质子衰变。它在寻找一种很特殊的闪光：中微子撞击时，会释放出传播方向与其相同的蓝色闪光，而质子衰变与之不同，发出的光与原粒子的运动方向相反。“我们需要在大部分都是相同方向事件的数据中筛选，找到粒子和光方向相反的事件，”Kearns说，“我们只能等待。我们无法使这一过程加速。”质子的衰变可能有好几种方式，对于你需要等多久才能看到衰变发生，不同方式给出的估算结果也是不同的。对大多数物理学家青睐的那种衰变方式，超级神冈实验得到的最精确限制是2014年发布的每5.9×10^33年一次。但是，一些假设所有的力都会在极高能标下表现为一种力的“大统一理论”认为，质子的寿命为10^30~10^35年，这也就是说我们可能有机会在超级神冈中发现正在死亡的质子。“它可能就在前面拐角处，也有可能下一代实验都无法探测到，” Kearns说，“这就是宇宙交到我们手中的东西。”LHC可能还会给我们带来惊喜在物理学家所说的“精确前沿”上，也就是在极度灵敏的测试中寻找新物理规律，可以说前景光明。但是作为间接实验，这类研究专注于发现新粒子带来的效果而不是制造出新粒子，因此它们也有缺点：其中一点是，它们无法告诉你新物理究竟是什么。“这是个难题，”前LHC研究员，现在任职于瓦尔帕莱索大学的Adam Gibson说，“如果你能够在对撞机上制造出一些东西，你更有希望解释它到底是什么。”也许现在说LHC毫无机会还太早了。这个对撞机在2015年的重大升级后重新启动，在达到其最大设计能量前，仍有许多工作要做。所以虽然第一次的对撞没有找到理论物理学家预言的东西，之后的运行总有可能找到他们意料之外的东西。即使它没有发现新粒子，LHC也可以对它已经探测到的粒子进行高精度测量，来检验它们是否一直都与标准模型相符。不管它的结果是什么样的，没有新东西出现会是很奇怪的，DeMille说，“所有人都相信一定存在着新粒子。它们不存在才是怪事。”博科园-科学科普｜文：Lisa Grossman｜ 来自：环球科学ScientificAmerican/huanqiukexue

数学的恐怖之处在于它可以依靠逻辑推理，去解释世间万物的运行规律，也给了物理学新的研究方向，黎曼猜想无疑就是这一情况的代表。一名优秀的物理学家，他的数学能力也差不到哪里去。牛顿不仅开创了经典物理学，还是微积分的创始人。爱因斯坦提出的相对论，也离不开复杂的数学推理过程。伽利略说数学是上帝用来书写宇宙的文字，高斯说数学是科学之王。数学是科学之王我们不能否认的是，数学每迎来一次突破性进展，往往也会带动物理学发展。黎曼猜想你可能听说过哥德巴赫猜想，知道这是个关于素数的猜想。不过单纯的从数学的角度出发，哥德巴赫猜想比黎曼猜想要略逊一筹。一名顶级数学家，往往有着超乎常人的洞察力。德国数学家黎曼在1859年提出了著名的黎曼猜想，这是个关于黎曼函数的零点分布的问题。函数的零点上过高中的人应该都有印象，一个函数图像和x轴交点的横坐标就是函数的零点。它不是一个点，而是一个数字。黎曼猜想黎曼函数有多少非平凡零点，这些非平凡零点的分布有什么规律，是不是真的像黎曼说的那样都在一条直线上，都有待证明。我们要说的，是黎曼猜想和物理学之间的联系。黎曼猜想和量子跃迁我们现在知道世间万物都是由原子组成的，但是直到爱因斯坦发表了5篇论文，论述了布朗运动，人们才逐渐接受了这一事实。原子的特性是永不停息地做无规则运动，当一些原子组合起来，就形成了各种各样的化合物，最后才是各种物质。原子结构想要真正了解原子的运动，我们还得从微观角度出发。一个原子的内部还有若干个电子，电子又分为正电子和负电子。电子绕着原子核运动，也有加速度，还会向周围空间辐射电磁波。我们眼睛，看到的一切，其实都是电子集合起来的样子，配合着光的作用，呈现出物体的模样。它们拥有多条运行轨道，每个电子都在自己的轨道上运动。这种情况也可以用量子力学的语言来描述，牵扯到了“能级”的概念。这些电子都待在特定的轨道上运动，每个轨道上的电子所拥有的能量都是分立的，能量值就是能级。要想从一个轨道进入到另一个轨道里运行，电子的能级就会发生改变，而且这一过程是“跳跃式”的，中间过程可能无法描述。量子跃迁这就是量子跃迁，它把轨道和电子都量子化了。随着这一理论的深入，科学家还发现了一个事实：原子核外轨道能级的分布不是没有规律的，反而和黎曼猜想有着很大的契合度。准确地说，素数在黎曼函数非平凡零点上的分布和它完全重叠。一下子就把数学思想融入了量子跃迁的过程中，电子的跃迁，也可以用某种数学模型来描述。黎曼本人肯定是不清楚后面的发现的，他完全是从数学的角度出发，用逻辑推理出来了世界万物的运行规律。黎曼猜想的恐怖之处就在于此因为电子是原子的重要组成，而它的分布又是决定原子性质的关键。换而言之，破解了这一规律，我们对世间万物的认识将进入新的层次。希尔伯特曾经对黎曼猜想有过研究，也尝试过解开它，虽然没有成功，但是他认为黎曼猜想对物理学来说将是福音，它也许提供了一个全新的认识世界的方法。这就是数学的恐怖之处，它不需要验证一些事实，也不需要借助先进的科学仪器。仅仅从逻辑推理的角度，就能看到我们这个宇宙的运行规律。或者说，宇宙本身就是遵循数学规律的。那么我们是否可以认为，脱离于现实世界，还有一个纯粹的，由逻辑思维规定的世界？是它定下了宇宙的运行规律。可能存在一个逻辑世界这真是个细思极恐的问题，也许解开黎曼猜想的那一天，我们就能知道答案了。