距离2024年物理碗竞赛开考时间越来越近 👇
⏰考试时间⏰
2024年3月20日
17:00-17:45（45 分钟）
⏰报名截止⏰
2024 年 3 月 11 日 还有两个月就要物理碗考试了，跟还不了解这个比赛的同学介绍一下：物理碗的特色之一就是会考时事题。时事题往往来源于前一年的诺贝尔奖或者前一年当中发生的物理大事件。主办方美国物理协会在每一年的年末系统整理在这一年当中发生的物理大事件，然后抽取其中的部分关键信息在物理碗考试中出现。
比如，在2021-2022年的物理碗考试中出现了这类时事题，也被机构老师在考前成功押中！
接下来，老师也为大家盘点2023年的物理大事件！
01、引力波
今年，物理学界首次探测到纳赫兹引力波存在的证据。这些巨大、超低频的波动在数年到数十年的周期上拉伸和压缩着时空。
四个独立的射电天文学项目——北美的NANOGrav、欧洲和印度的EPTA/InPTA、中国的脉冲星测时阵列、澳大利亚PPTA，合作完成并共同报道了这一重大发现。他们通过记录来自脉冲星的信号到达地球时间的细微变化来探测引力波。
关于纳赫兹引力波的由来，一个最合理的解释是：当两个星系合并时，它们各自中心的超大质量黑洞可能形成双黑洞系统，并在完成合并前相互绕行数千甚至数百万年。
此类超大质量天体的运动会产生纳赫兹频率的引力波。当然，也不能排除暗物质或宇宙膨胀相关起源。
上图为两个大质量黑洞合并时的计算机模拟模型用以解释引力波的背景信号。
机构物理名师解析
在这里我们要划出的的关键词有：引力波Gravitational Waves，黑洞blackhole，以及四个天文项目的名字the North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), a joint European–Indian effort (EPTA/InPTA), the Chinese PTA, and the Parkes PTA in Australia 这些要留有印象。
关于引力波，在2018年的物理碗中考过：
答案选A，因为gamma ray频率最高，能量最大，最容易被探测到。这个点希望同学们记住，很有可能会再次出现。
02、透过中微子观察银河系
今年6月，冰立方中微子天文台（IceCube Neutrino Observatory）发布了首张银河系的中微子图像。
图像由一系列蓝色、模糊、相连的斑点构成，与另外三种波长（无线电、光学和伽马射线）下的视图大致匹配。
冰立方能利用南极绝佳的透明冰川环境研究宇宙中微子，包括一些有史以来最高能的中微子。安装于寒冰深处的光学传感器检测中微子与冰中原子相互作用的信号。
研究团队也正是基于这类信号绘制出了银河系图像。
机构物理名师解析
关键词：中微子neutrino
关于中微子，它是一种基本粒子，属于轻子lepton，它的质量和电荷均为0，所以很难探测，往往在电子的释放和吸收中伴随产生。
同样也在2018年的物理碗考试中出现：
答案是C，要知道中微子的基本信息是电子伴随粒子，在选项中只有β射线是电子。
03、协调量子力学与广义相对论
量子力学是最棒的物质理论，通过波动方程描述微观粒子的离散（量子化）行为。广义相对论是最好的引力理论，通过时空曲率描述大质量物体的连续（经典）运动。
但这两个理论在时空的本质上似乎存在根本分歧：量子波动方程在固定的时空上定义的，广义相对论却说时空是动态的，因物质分布而弯曲。
过去70年来，基础物理学中最重要的问题之一就是协调、统一量子力学与广义相对论。这种统一有两种策略：要么将引力量子化，要么找到一种方法将量子物质引入经典引力框架。
大多数努力都围绕前一种展开，不过尚无实验证实量子引力概念。后一种策略在今年取得突破性进展。
伦敦大学学院的乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim）提出一种替代方案：将引力保留于经典理论，并通过概率机制将其与量子理论结合。这种做法过去被认为不可能，因为它会导致不一致。
奥本海姆避开了这一问题，付出的代价则是必须将概率引入时空演化。未来的实验可通过探测量子引力来测试上述方案的可行性。
机构物理名师解析🚀
关键词：量子quantum，引力gravity，基本作用力fundamental forces
追溯到2007年，考到了四个基本相互作用力：
答案是B，用排除法，要记住强相互作用和弱相互作用，都是在原子内部的，他们作用范围非常小，排除引力后只有电磁力可选。
更多物理事件会在后续更新，接下来我们再看一下2023的诺贝尔奖。
2023年，诺贝尔物理学奖授予了俄亥俄州立大学的Pierre Agostini, 匈牙利-奥地利物理学家 Ferenc Krausz 和法国物理学家 Anne L’Huillier ，表彰他们在物质电子动力学研究中产生阿秒光脉冲的实验方法。
阿秒是一个时间单位，等于10-18秒（小数点后17个零）。
这个单位有多“小”？形象地说，1秒钟所包含的阿秒数，相当于宇宙年龄（约1018秒）中所包含的秒数。
所谓阿秒激光，指的就是脉冲时间能达到阿秒级别的激光。那么，人们为什么要研究这种激光呢？
举个简单的例子：如果要研究运动员的跑步，我们只需要肉眼和秒表就可以；而如果我们要研究快速运动的物体，肉眼就看不清楚了。
此时人们发明了“拍电影”，通过快速的快门开合来形成短时间的光脉冲，让画面在一个短时间内暂时“定格”，这样就方便我们观察了。
也就是说，如果采用更短时间的光脉冲，那么就可以研究更高速运动的物体；目前最快的相机快门产生的光脉冲时间大概在万分之一秒左右，也就是说每秒钟快门闪一万次，这么快的速度足够人们清晰地拍摄出昆虫振动翅膀的过程。
相对于宏观物体来说，微观世界的物质（原子、分子）运动的速度更快，为了研究这种运动，科学家们发明了飞秒激光，光脉冲的持续时间短至10-15秒，我们终于可以看清一个原子是怎么运动的了。
原子核内的电子运动速度更快，氢原子基态电子绕原子核旋转一周的时间是150阿秒(1阿秒 =10-18秒)，这就意味着飞秒激光已经看不清电子的运动了，人们需要时间宽度在阿秒量级的激光。如何制造脉冲时间在10-18秒量级的阿秒激光就成为了新挑战。
要注意的是，尽管这里时间刻度已经很小了，但是不会影响海森堡不确定性原理。
Anne L’Huillier回答：我们并没有违反量子力学，我们可以把波函数的区域定域化到一个小的区域，左边或者右边，但是，电子依旧是一个波包，不是一个点。
🚀复习重点小结
1. 关键词：阿秒（attosecond）。1阿秒是10的-18次方秒。“阿”（atto）这个前缀就是10的-18次方。
2. 这张前缀表要好好去记忆，往年我们只要记到12次方，今年要记到18次方。
3. 海森堡不确定性原理（Heisenberg uncertainty principle）
4. 诺奖得主：Pierre Agostini，Ferenc Krausz，Anne L’Huillier
每一年我们都会给大家更新这些物理事件，当然也为大家参与物理竞赛一路保驾护航，提高最大帮助！
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