physics
12-23 00:00
本文发布了一个专门用于训练和评估短临预报统计模型与机器学习模型的英国降雨雷达图像序列数据集。核心数据集包含1000个随机采样的序列，每个序列由20个时间步长（15分钟间隔）的二维雷达强度场组成（空间分辨率5公里，维度40x40）。通过空间分层采样确保了空间同质性，并剔除了晴空个例。每个雷达序列还附带日期、位置、平均海拔、平均风向风速及主要风暴类型等大气与地理特征。研究提供了从二进制“Nimrod”雷达数据格式提取数据的新R函数，并通过一个案例研究，展示了如何训练和评估一个用于雷达短临预报的简单卷积神经网络，并附有完整的R代码。
雷达数据短临预报机器学习数据集气象学
physics
12-23 00:00
在核安全与环境监测中，测量滤膜上收集的气溶胶活度是关键环节。传统使用α发射体钚-239（²³⁹Pu）进行校准存在需破坏滤膜以确定可溯源活度及不确定度较高等问题。本研究提出使用镅-241（²⁴¹Am）作为替代校准源。²⁴¹Am兼具α和γ发射特性，可通过无损γ能谱法进行精确、可溯源至国际单位制（SI）的测量。实验在IRSN的ICARE试验台上制备了标记²⁴¹Am的校准气溶胶参考滤膜，并由CEA/LNHB的参考计数器进行测量。一系列测试证实，²⁴¹Am能够以更低的不确定度实现准确的活度测定，从而显著提升放射性污染监测的可靠性，并避免了使用钚带来的操作挑战。
核安全监测滤膜校准镅-241无损测量气溶胶活度γ能谱法
physics
12-23 00:00
本研究通过表面功能化荧光纳米金刚石（FNDs），使其特异性定位于细胞核与线粒体等关键细胞器，实现了活细胞内亚细胞水平的代谢过程时空动态监测。该方法将FNDs的空间位置追踪与弛豫测量技术相结合，能够直接比较同一活细胞内细胞核内外微环境的代谢差异，为阐明细胞代谢的空间与功能异质性提供了重要工具。
纳米金刚石代谢成像亚细胞追踪弛豫测量活细胞分析
physics
12-23 00:00
本研究重建了1966年苏联出版的幽默文集《物理学家笑话》的英文原版。原书包含大量从英文翻译成俄文的文章，为避免回译失真，团队未直接翻译俄文版，而是从《今日物理》《不可复现结果杂志》等期刊档案中找回原始英文材料，同时保留了原书结构，并翻译了苏联编辑添加的俄语科学民俗与编者按。该工作不仅复原了一部科学文化史料，也为理解20世纪中期物理学“黄金时代”的跨文化科学社群与职业幽默提供了独特视角。
科学史科学文化物理学幽默跨文化研究档案重建
physics
12-23 00:00
本研究首次将物理信息神经网络（PINNs）应用于计算相对论自旋流体动力学，通过在损失函数中直接施加角动量守恒定律，确保了总角动量（轨道角动量与自旋角动量之和）在流体演化过程中的精确守恒。该方法为研究由旋转粘性效应驱动的自旋与轨道角动量相互转化这一核心物理过程提供了可控的数值框架。研究以圆柱形容器中的旋转流体为例，模拟了类似巴尼特效应的轨道角动量向自旋角动量的转化，以及类似爱因斯坦-德哈斯效应的反向转化过程，并通过分析热涡度和自旋势的时空分布揭示了其动力学机制。
物理信息神经网络相对论流体力学角动量守恒自旋轨道耦合计算物理数值模拟
physics
12-23 00:00
本文系统研究了有限信任意见动力学模型中的等价性问题。在该模型中，智能体的意见在离散时间步上演化，每个智能体仅与意见差异小于某个阈值（置信区间）的邻居进行平均。研究发现，对于给定的初始意见配置，所有可能的阈值可以被划分为有限个区间，每个区间内的阈值会产生完全相同的演化过程。更广泛地，当同时考虑初始配置时，对于任意有限数量的智能体，也只存在有限个本质上不同的有限信任过程。这一发现使得通过数值实验系统研究小规模群体中的现象（如冻结时间和最终意见碎片化程度）成为可能，而无需担心遗漏有趣的案例。
意见动力学有限信任模型等价分类社会物理学多智能体系统阈值分析
physics
12-23 00:00
本文提出Latent Ewald Summation（LES）框架，通过两个核心设计原则解决了现代机器学习原子间势能（MLIPs）缺乏长程静电作用的关键限制：1）使用具有环境依赖电荷的库仑函数形式；2）避免对模糊的密度泛函理论（DFT）部分电荷进行显式训练。该框架仅需标准的能量和力训练数据，即可捕获长程相互作用、电荷和电响应，并能灵活地与多种短程MLIP结合，适用于界面、电荷转移反应、极性/离子材料和生物分子等体系。
机器学习势能长程静电原子模拟计算物理材料科学
physics
12-23 00:00
本研究利用反射超快电子衍射技术，首次在原子尺度直接观测了金表面与烷烃硫醇自组装单分子层（SAMs）界面间的动态能量传输过程。实验揭示了光激发后清晰的能量传递时序：从金表面层到SAM头基，再到CH₂-CH₂亚甲基晶格。研究发现，表面金原子的结构动力学与清洁金表面显著不同，而亚甲基晶格动力学对链长不敏感，但达到完全热化的保留时间具有长度依赖性。定量分析表明，表面金原子与SAM亚甲基单元之间面外原子运动的增强具有一致性，证实了基于运动的耦合是界面能量传输的本质。在脉冲加热条件下，测得高达~300 MW/m²/K的界面热导和~60 W/m/K的亚甲基晶格热导率，为先前室温理论预测及链内弹道传热特性提供了有力支持。
界面热传导超快电子衍射分子结弹道传热自组装单层能量传输动力学
physics
12-23 00:00
本研究通过成像技术，观测了多层超导集成电路在直流磁场磁化及场冷却过程中的磁通分布。获得的复杂场图揭示了磁通在图案化超导接地层、约瑟夫森结逻辑单元层、功能单元周围的细线网格以及位于不同内层的多个超导填充结构之间的传播路径。观察到的复杂磁通分布可由集成电路中不同相互作用的部件内，迈斯纳屏蔽电流和超导临界电流的特定模式来解释。这些结果为改进超导集成电路的磁场屏蔽和增强其抗磁通俘获能力提供了重要见解。
超导集成电路磁通成像约瑟夫森结磁场屏蔽迈斯纳效应
physics
12-23 00:00
本文介绍了BattMo（Battery Modelling Toolbox），一个基于MATLAB的灵活有限体积连续介质建模框架，用于模拟电化学电池性能。该工具箱以Doyle-Fuller-Newman（DFN）模型为基础，可快速建立并求解多种电池化学体系的模型，包括圆柱形和棱柱形等3D设计。模型通过JSON模式定义输入参数，并遵循Battery Interface Ontology（BattINFO）指南以支持符合FAIR原则的语义互操作性。BattMo支持全耦合热模拟，并可纳入SEI层生长、硅-石墨复合材料等退化机制。其采用分层模型结构和计算图表示，结合自动微分与伴随计算，能高效计算目标函数对所有参数的导数，便于基于梯度的优化程序从实验数据中校准参数。
电池建模电化学仿真matlab工具箱热耦合分析参数优化3d设计
physics
12-23 00:00
本研究利用快速数字全息显微镜（DHM）技术，在受限泊肃叶流中追踪了数千个希瓦氏菌的三维拉格朗日轨迹。实验首次在群体层面区分了粘附、随流被动输运和主动游动迁移的细菌亚群。研究发现，在流道中心区域，细菌的迁移和剪切捕获现象与现有动力学模型相符；而在近壁区域，活跃细菌虽形成聚集层，却未表现出净取向有序性，这与忽略流体-固体表面相互作用的模型预测相矛盾。这项工作为理解细菌从主体流向表面的转移机制提供了新视角。
生物物理全息显微细菌输运流体动力学群体行为受限流动
physics
12-23 00:00
本文扩展了雅可比全作用量的驻值原理，使其适用于非保守的自然系统，并推导了相应的运动方程。为实现这一扩展，除了对坐标进行已知的变分外，作者还提出了对时间进行独立变分。坐标和时间的微小变分依赖于真实轨迹上的点，并满足通常的边界条件。这一工作为处理更广泛的动力学问题提供了新的理论框架。
雅可比原理作用量驻值非保守系统运动方程变分原理
physics
12-23 00:00
本文针对Godfrey和Sichelman提出的量子启发式法律纠缠框架中的技术问题进行了分析。原框架将立法建模为对子系统A的局域操作，却导致遥远纠缠子系统B的约化态在B进行任何测量前就发生改变（$\rho_B' \neq \rho_B$），这被表述为对量子无信号原则的背离。然而，在标准量子力学中，无信号原则适用于所有局域且保迹的操作，而不仅仅是幺正操作。本文阐明了正确的无信号结果，指出了映射不一致之处，并提出了一种保留法律直觉的修正方案：将立法视为（i）规则或约束结构的全局更新（改变允许的状态空间或可观测量），和/或（ii）一种LOCC风格的过程（局域操作加上权威经典信息的公开传播）。这有助于区分物理局域性与法律系统中制度或语义约束的传播。
法律纠缠量子启发无信号原则立法建模局域操作约束传播
physics
12-23 00:00
本研究提出，时空动力学可由一个普朗克尺度的记账规则组织。该规则在每个模 $2\pi$ 区间内，将几何熵增量 $\delta A/4G$ 与可逆的模能流 $\delta \langle K\rangle$ 以及不可逆的兰道尔-贝内特计算成本 $\ln 2 \, \delta N_c$ 相平衡。其中 $K$ 是模哈密顿量，$N_c$ 计数逻辑不可逆的经典记录更新。这一“信息几何账本”与贝肯斯坦-霍金面积定律一致，并在标准纠缠平衡假设下应用于小因果屏时，可恢复完整的非线性爱因斯坦方程。在FLRW宇宙学中，该记账规则在假设恒定效率参数 $\varepsilon$ 时，推导出真空能的两分量形式 $\rho_{\text{vac}} = \rho_{\Lambda} + 3 \varepsilon H^2 / 8 \pi G$。
量子引力黑洞熵信息几何宇宙学常数热力学时空动力学
physics
12-23 00:00
本文介绍了一项可在课堂或远程教学中开展的简易光学实验。学生利用几何光学的基本原理，使用简易材料即可亲手制作出类似“蝙蝠信号”的光学投影装置。该实验旨在通过趣味性实践，帮助学生直观理解光线传播、透镜成像等核心光学概念，提升物理教学的互动性与参与感。
物理教学几何光学课堂实验光学投影动手实践
physics
12-23 00:00
一项基于世代参与模型的研究量化了监禁对减少卡特尔犯罪的效果。模型模拟个体招募、老化、退出（因凶杀、丧失能力或退休）的过程，发现监禁成员仅能预防不到10%的卡特尔罪行。即使将刑罚加倍，对卡特尔潜在成员的削减也不到5%，表明单纯加强惩罚收效甚微。研究指出，出狱后的康复措施——常被忽视作为安全战略的一部分——可能比单纯监禁更有效地降低卡特尔犯罪。
犯罪模型卡特尔暴力监禁效果社会物理学康复策略
physics
12-23 00:00
本研究对NACA0012翼型在不同流体动力学区域（过渡雷诺数区与中等雷诺数区）发生的失速颤振极限环振荡进行了全面的数值模拟。研究准确模拟了实验观察到的小幅振荡与大幅振荡，其中大幅振荡的模拟首次实现了与实验速度范围完全对应的预测，填补了文献空白。预测的准确性依赖于通过详细敏感性分析定义的严格计算准则，其要求远高于计算静态极曲线或模拟刚性翼型动态俯仰运动的常规标准，凸显了该气动弹性问题的复杂性。结果在定性上与实验观测高度一致，成功再现了关键动态失速机理和分岔现象；但在定量上，模拟系统性地高估了临界起始速度并低估了极限环振幅，该差异归因于模拟中气动激励峰值的降低。
失速颤振极限环振荡数值模拟气动弹性naca0012翼型动态失速
physics
12-23 00:00
本研究通过相场断裂方法探究动态裂纹扩展与碎裂过程。研究发现，在动态模拟中，损伤正则化区域会非物理地逐渐加宽，这源于弹性波在损伤区内的虚假“陷获”及相互作用。为解决此问题，研究提出并验证了“质量侵蚀”方法，该方法通过保持损伤区弹性波速，有效抑制了损伤的虚假扩散。数值证据表明，无论是否采用质量侵蚀，相场模型中的动态扩展裂纹在正则化长度足够小、网格足够精细时，其裂纹扩展速度与能量释放率均收敛于线弹性断裂力学的理论预测。
相场断裂动态裂纹扩展质量侵蚀弹性波陷获数值模拟正则化
physics
12-23 00:00
本文追溯了物理学中普遍采用右手坐标系和逆时针为正旋转方向等手性惯例的历史根源，特别聚焦于19世纪中叶成为讨论焦点的磁场方向定义。通过分析牛顿、麦克斯韦、伦敦数学学会等关键人物和机构的影响，文章指出这些看似无关紧要的数学选择实则深刻影响了物理学的教学、交流乃至科学进步，为课堂讨论提供了丰富的历史背景和反思视角。
物理学史电磁学手性惯例右手定则科学教育
physics
12-23 00:00
本研究提出了一种用于磁层磁场线追踪的自适应误差边界积分实现方法。该方法采用嵌入式龙格-库塔对求解磁场线微分方程（ODE），并结合事件检测功能，能够鲁棒地定位航天器在磁层中的“足迹”位置。研究通过解析偶极子场模型和国际地磁参考场（IGRF）模型验证了该方法的有效性。该技术是磁层研究的基础计算工具，对足迹映射、连通性分析和实时可视化等领域具有重要价值。
磁层物理磁场线追踪自适应积分龙格-库塔法数值模拟空间物理
physics
12-23 00:00
本研究利用二维多流体代码UEDGE，首次对DIII-D托卡马克负三角位形放电中的偏滤器等离子体脱靶实验进行了模拟。通过密度扫描，成功复现了外靶离子饱和电流的“滚降”现象，并对比了正向与反向环向磁场位形下的脱靶物理。模拟结果表明，正向磁场位形达到脱靶起始所需的密度比反向位形高约40%，且反向位形下难以实现深度脱靶。与正三角位形欧姆放电的对比进一步揭示，负三角位形需要达到或超过格林沃尔德极限的更高密度才能进入脱靶状态，这主要归因于其更短的等离子体中心到靶板的连接长度、更短的外偏滤器腿长度以及更低的跨场输运。
等离子体物理托卡马克偏滤器脱靶负三角位形磁约束聚变uedge模拟
physics
12-23 00:00
本研究通过直流磁控溅射在蓝宝石衬底上制备了高质量外延氮化铌薄膜，并基于此制造了超导纳米线单光子探测器。得益于外延生长带来的低电子扩散系数和强电子-声子耦合，器件在4.2 K的液氦温度下，对1550 nm波长的光子实现了饱和的内部探测效率，同时具备快速的恢复时间。X射线衍射和透射电镜证实了薄膜的晶格有序性，而从头计算模型成功复现了光子计数率，将器件性能定量地与薄膜的扩散率和电子-声子耦合等特性联系起来。
单光子探测超导纳米线氮化铌外延量子光学低温物理
physics
12-23 00:00
MCPlas是一个MATLAB工具箱，用于在COMSOL中自动生成基于方程的流体-泊松模型，以模拟非热等离子体。它采用结构化JSON格式准备输入数据，支持一维和二维几何建模（笛卡尔、极坐标和柱坐标），并提供了比常用方法更先进的电子输运描述。通过氩气中直流和射频驱动的低压辉光放电两个参考案例测试，验证了其模型的可靠性，并展示了其在处理复杂反应动力学模型和数据跨平台复用方面的优势。
等离子体模拟comsol建模matlab工具箱可复现研究计算物理
physics
12-23 00:00
研究人员成功设计并演示了超宽禁带AlGaN极化梯度场效应晶体管，其电流增益截止频率超过85 GHz，电流密度高于1.3 A/mm。该器件采用在AlN衬底上外延生长的超薄沟道和缓冲层，并引入反向梯度AlGaN接触层，将接触电阻降至1 Ω·mm以下。通过小信号模型分析，确认了降低寄生电阻和提升本征跨导对高频性能的显著贡献。这一成果为下一代毫米波电子器件树立了新的性能标杆。
超宽禁带半导体场效应晶体管高频性能algan毫米波电子器件设计