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今日物理学研究在基础理论与前沿应用领域均展现出强劲活力，宇宙学与凝聚态物理的突破尤为亮眼。
2026-02-23 共 23 条抓取，按综合热度排序
本研究提出了一种在反弹宇宙中生成宇宙遗迹的新机制，包括黑洞、引力波和可能的暗物质。遗迹通过两个通道产生：一是反弹前坍缩期间形成的超视界致密天体与引力波，在反弹后重新进入视界；二是坍缩期间形成的暗物质晕，在退出视界后重新进入时坍缩成黑洞。与暴胀原初黑洞不同，这些遗迹黑洞源于坍缩期间的非线性结构形成。研究推导了反弹宇宙中的粒子视界与视界穿越条件，表明尺度大于90米的扰动或致密天体可幸存于反弹过程。由此产生的遗迹黑洞与引力波覆盖广泛质量范围，为暗物质、引力波背景、超大质量黑洞及星系的早期生长提供了统一起源。
本研究通过数值模拟，系统分析了外部非均匀磁场对二维90度弯道内铁磁流体流动与传热特性的影响。研究揭示了磁场参数（如强度、梯度）对流体速度场、温度场及传热效率的多维度调控机制，为开发基于主动磁场控制的、参数可调的高效传热技术提供了理论依据和设计指导。
本研究是铁磁流体弯道流动系列工作的第二部分，基于第一部分CFD模拟生成的数据，采用机器学习方法对铁磁流体在弯道中的流动进行建模。核心目标是预测受磁场影响的铁磁流体流动中的对流传热特性，这对于推进微尺度及高能耗系统中的热管理技术至关重要。
本研究提出了一种基于低秩张量列车分解的辐射传输方程谱均质化方法，有效解决了高分辨率光谱计算难题。通过Young测度均质化框架，证明了在光谱分辨率$N_s$增加时，解张量的TT分解秩保持有界。利用HITRAN数据库的H₂O和CO₂分子谱线参数验证，TT秩在$\epsilon = 10^{-6}$容差下饱和于$r=8$，且与散射参数、温度、压力无关。量化张量列车表示实现了亚线性存储扩展。在相同不透明度数据和传输求解器条件下，该方法比相关k分布法的L₂误差降低一个数量级以上。对铝等离子体不透明度的测试进一步证实了秩有界性是传输方程本身的特性。
研究团队提出了UBio-MolFM，一个旨在弥合量子力学精度与生物尺度之间鸿沟的通用分子基础模型框架。该框架包含三大创新：构建了包含多达1200个原子的生物特异性数据集UBio-Mol26；开发了具有线性计算复杂度的等变Transformer模型E2Former-V2，通过引入等变轴对齐稀疏化与长短程建模，在大系统基准测试中推理吞吐量提升约4倍；并采用三阶段课程学习协议优化训练。模型在微观力、宏观可观测量（如液态水结构、离子溶剂化、肽折叠）上的严格基准测试表明，其能在多达约1500个原子的大型、分布外生物分子系统上达到从头算级别的精度，为下一代计算生物学提供了强大工具。
本研究提出了一种计算与实验相结合的新框架，通过整合高通量量子化学计算、数据驱动的电化学反应网络、随机算法以及激光解吸/电离傅里叶变换离子回旋共振质谱，首次在不预设机制的情况下系统揭示了碳酸酯基电解质中固体电解质界面膜的形成过程。研究构建了迄今最全面的反应网络，包含超过1万个物种和2.09亿个反应，成功预测并实验验证了28种新型SEI物种，使该领域的已知物种数量几乎翻倍。动力学分析进一步揭示了活化能低于1 eV的可行基元反应路径，为下一代锂电池的电解质和界面理性设计提供了分子层面的关键见解。
研究表明，在金属有机框架、钙钛矿太阳能电池、电池和TADF发光材料等多个材料科学预测任务中，机器学习模型可能并非通过学习化学原理来取得高性能，而是利用了与作者、期刊、发表年份等文献信息相关的“文献指纹”作为捷径。当仅使用这些预测出的元数据作为输入时，其预测性能有时可与基于传统化学描述符的模型相竞争。这揭示了当前许多材料数据集未能排除非化学的成功解释，并强调了进行常规证伪测试、设计抗虚假相关性的数据集以及明确区分预测效用与化学理解证据的重要性。
本研究在中国散裂中子源（CSNS）Back-n白色中子束线上成功研制并应用了eV能区极化中子源，旨在为探索时间反演对称性破缺（TRIV）提供关键实验平台。该装置利用原位自旋交换光泵浦（SEOP）$^3$He过滤器产生极化中子，并通过绝热自旋翻转器和螺线管导向磁场真空传输系统实现自旋操控与保持。实验在$^{139}$La的0.747 eV p波共振处成功测量到约$(7.8 \pm 2.4_{\text{stat.}} \pm 0.3_{\text{sys.}})\%$的宇称破缺（PV）不对称性，验证了系统进行高精度PV测量的能力，为未来揭示宇宙重子不对称性起源的NOPTREX实验奠定了基础。
本文提出了一种新的生成式建模框架，用于在任意障碍物几何形状和边界条件下合成物理上可行的二维不可压缩流场。该方法整合了三个核心组件：边界条件扩散模型、包含散度惩罚的物理信息训练目标，以及通过几何感知的亥姆霍兹-霍奇算子强制执行精确不可压缩性的投影约束反向扩散过程。该方法被推导为在无散度向量场流形上进行约束朗之万采样的离散近似，将现代扩散模型与不可压缩流空间中的几何约束执行联系起来。实验表明，相对于无约束、仅投影或仅惩罚的基线模型，该方法在散度、谱精度、涡量统计和边界一致性方面均有显著提升。
本研究通过直接数值模拟，分析了在超音速和高超音速马赫数下，CO₂热完全气体模型的可压缩湍流通道流动。重点评估了在高焓值状态下，对流项的结构保持离散化（特别是熵守恒、动能保持以及与热力学闭合的一致性）的作用。比较分析表明，不同数值格式的差异主要源于对热力学变量的处理方式，并随着可压缩效应的增强而逐渐影响动力学场。熵一致性与压力离散化的耦合被证明会影响高速状态下的雷诺应力和平均流动特性。总体而言，数值格式与热力学模型之间的一致性，对高焓可压缩湍流的可靠模拟至关重要。
本研究提出一种用于增材制造空气换热器的高阶谐波传热表面优化方法。通过结合解析与数值方法的优化框架，开发了比传统三周期极小曲面（TPMS）结构更优的表面细分方案。结果表明，在湍流工况（Re≥7000）下，优化的二阶谐波结构在达到高达70%换热效率提升的同时，其压降显著低于Gyroid TPMS结构。研究发现，表面波的频率是比振幅更关键的热工水力性能控制参数。
本研究提出并验证了简化动脉脉搏波测量的新方法。传统方法需同时高精度测量血压(P)、血管直径(D)和血流速度(U)的变化，操作复杂。通过数值模拟和临床试验数据分析，研究发现仅测量单一参数（尤其是血管直径D随时间的变化）即可有效评估脉搏波强度与时间，其诊断效能（ROC曲线下面积最高达0.905）与传统的D-U双参数方法相当。该方法技术简单、成本低，有望成为初级诊疗中筛查射血分数降低型心力衰竭（HFrEF）的有效工具，并可能扩展应用于射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）的筛查。
本研究利用嵌入狄拉克涡旋微腔的钙钛矿激子极化激元，在室温下实验演示了动态拓扑马约拉纳态极化激元凝聚及其超快逻辑运算。通过主动协调泵浦光和控制光在频谱和时域的分布，研究人员动态调控了拓扑极化激元凝聚过程，成功实现了AND和NOT逻辑运算，并取得了创纪录的性能指标：消光比约20 dB、极低的控制能量密度约0.2 nJ/cm²以及亚皮秒级的响应时间约500 fs。这项工作为构建鲁棒、超快且可重构的片上极化激元逻辑电路开辟了新途径。
传统上，互信息被用来量化细胞信号传输的保真度，但它无法衡量输出是否忠实地反映了输入的统计结构。本研究引入最优传输理论中的2-Wasserstein距离，提出了一个双保真度框架：互信息衡量信息保真度，2-Wasserstein距离的倒数衡量几何保真度。在Gaussian信道近似下分析经典调控基序发现，前馈环路可在两个维度均实现高性能，而反馈架构通常牺牲信息保真度以增强几何保真度。理论预测在肿瘤坏死因子信号实验中得到验证，表明可靠信号传输源于信息传输与几何特性的平衡。
本研究揭示了液滴线张力（决定接触角尺寸效应的关键参数）的微观起源。研究发现，线张力源于重力效应以及吸附层内依赖于体积分数的界面张力在压力作用下的变化。该机制统一解释了从纳米到毫米尺度液滴中线张力符号改变、跨越数个数量级的实验与模拟观测结果。表观线张力的符号和大小受表面润湿性、吸附层初始体积分数及液滴尺寸共同控制。
HBAT 2是2007年发布的HBAT工具的Python重制版，用于自动分析蛋白质数据库（PDB）格式大分子结构中的非共价相互作用。该软件基于几何标准，可识别并分析传统氢键、弱氢键、卤键、X-H⋯π、π-π堆积以及n→π*相互作用，还能检测协同/反协同作用链并生成2D可视化图。新版提供了改进的跨平台GUI、Web界面、命令行接口和开发者友好的API，使不同计算背景的用户都能便捷使用。
本研究首次通过实验与数值模拟，全面探索了湍流状态下“流体弹球”尾迹在宽范围驱动下的动力学特性。流体弹球由三个等间距排列的圆柱体构成，在雷诺数Re=9100的湍流状态下，研究团队通过时间分辨粒子图像测速和雷诺平均N-S模拟，系统分析了对称驱动（两个下游圆柱体以等大反向角速度旋转）对尾迹的影响。研究发现，湍流尾迹可由一个包含两个反向叉形分岔的三维驱动流形近似描述，并在船尾型驱动极限下观察到控制效力减弱及新的低频涡脱落状态。
本研究提出了一种适用于计算分子系统超快非线性响应的弱分子内耦合福斯特共振能量转移（FRET）理论。通过引入系统与环境的精确时间依赖因子分解，并结合未受扰动的环境演化，将传统的福斯特主方程从仅描述态布居概率推广至系统的完整约化统计算符。该理论推导技术明确导出了一个时间非局域的福斯特型主方程，其有效性可延伸至系统-环境耦合趋于零的极限。理论预测了由瞬态初始相干依赖项引起的布居快速初始相干演化，该演化会导致初始条件的“滑移”，并在后续速率控制的转移过程中持续存在。与精确数值结果的比较证实了该推广理论相较于早期公式的明显改进，并界定了其适用范围。
本研究采用大涡模拟（LES）方法，在雷诺数 $\mathrm{Re}_{D} = 10,000$ 下，系统研究了长径比 $\mathit{AR} = H/D$ 从 5:1 到 1:1 变化的五种长椭球体绕流。研究发现，更高的体各向异性会导致边界层在赤道面提前分离，产生更宽的尾迹，并使压力阻力和总阻力单调增加。正涡量产生在物体下游约 $2.5D$ 处达到峰值，与体各向异性无关。高各向异性（5:1椭球）会在近尾迹区，特别是极区附近，产生持续的负涡量产生。该现象源于高曲率极区附近流线的独特行为，即它们在横流面经历强烈的各向异性收缩。分析表明，涡量矢量与应变率张量中间特征向量的相互作用是极区附近涡量产生的主要来源，且该区域的中间特征值为负值，主导流型为不稳定焦点/压缩（UF/C）拓扑。
本研究采用通量管方法，研究了现实仿星器位形中气球模的非线性饱和问题。为克服仿星器数值平衡中因假设嵌套磁面而存在的力误差问题，研究团队发展了一种计算通量管能量的变分方法。结果表明，对于线性气球模不稳定的剖面，存在跨越等离子体小半径10-20%的饱和通量管平衡态。该模型成功再现了Wendelstein 7-X全非线性磁流体动力学模拟中位移通量管结构的多个特征。此外，在一个接近但低于线性不稳定性边界的紧凑仿星器平衡中发现了饱和态，表明未扰平衡处于亚稳态，这意味着仿星器中可能存在类似边缘局域模的爆炸性磁流体行为。
本研究针对快速传播波浪上方的风湍流模拟，系统评估了界面捕捉方法中虚假电流和界面正则化对模拟精度的影响。通过静态/移动液滴基准测试以及孤立波/单色波案例，量化了曲率估计和通量离散化引入的主要数值误差机制。研究发现，在高波龄状态下，气水界面处的数值误差可达与物理流动相当的幅度，直接影响湍流统计量的预测。与实验测量的对比进一步揭示了这些误差源在耦合风浪模拟中的具体表现，强调了在高波龄状态下精确处理曲率和通量的重要性。
本研究探索了利用元光学编码器固有的平移不变点扩散函数（PSF）进行可泛化图像压缩的潜力。相比纯数字方法，这种光学编码器能提供并行且高能效的压缩，在电子处理和传输前实现早期数据缩减，尤其适用于资源受限的紧凑成像系统。研究系统比较了空间分箱、多通道随机和多通道正交PSF等编码策略，结合全变分（TV）数字重建后端。结果表明，在相同压缩比下，空间分箱策略重建质量最高，但多通道方法在抗噪鲁棒性方面表现更佳。
本研究探讨了在异质无序交通（多种车型混行且无严格车道约束）中，自发形成的车辆群组如何影响宏观交通流特性。通过分析真实视频轨迹数据，并应用三种不同的标准小客车当量（PCU）估算方法构建流量-密度关系图，研究发现：群组比例（即被归类为群组成员的车辆占比）对交通流特征具有非线性且依赖于交通状况的影响。具体而言，中等群组比例（30-60%）在中高密度条件下与更高的流量相关，而比例超过50%则可能导致交通分布偏向低密度或高密度极端。研究还表明，基于车辆计数和基于PCU的群组比例归一化方法会显著影响对群组动力学的解读，尤其是在群组主要由摩托车等低PCU车辆构成时。