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High Energy Neutrinos from the Cold Status and Prospects of the Icecube Experiment

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arXiv:0805.3948v1 [astro-ph] 23 May 2008HIGHENERGYNEUTRINOSFROMTHECOLD:STATUSANDPROSPECTSOFTHEICECUBEEXPERIMENT

C.Portello-Roucelle,fortheIceCubecollaborationLawrenceBerkeleyNationalLaboratory,OneCyclotronRoad,Berkeley,CA94720

Theprimarymotivationforbuildingneutrinotelescopesistoopentheroadforneutrinoastronomy,andtoofferanotherobservationalwindowforthestudyofcosmicrayorigins.Otherphysicstopics,suchasthesearchforWIMPs,canalsobedevelopedwithneutrinotelescope.AsofMarch2008,theIceCubedetector,withhalfofitsstringsdeployed,istheworldlargestneutrinotelescopetakingdatatodateanditwillreachitscompletionin2011.Datatakenwiththegrowingdetectorarebeinganalyzed.Theresultsofsomeoftheseworksaresummarizedhere.AMANDAhasbeensuccessfullyintegratedintoIceCubedataacquisitionsystemandcontinuestoaccumulatedata.ResultsobtainedusingonlyAMANDAdatatakenbetweentheyears2000and2006arealsopresented.ThefutureofIceCubeandtheextensionsinbothlowandhighenergyregionswillfinallybediscussedinthelastsection.

1MotivationsforneutrinoastronomywithIceCubeWeexpecttheaccelerationofcosmicraysinastrophysicalobjectstobeaccompaniedbytheproductionofhighenergyneutrinosviapporpγinteractionsattheaccelerationsite1.Thedetectionoftheseneutrinoscouldprovideuswithfundamentalinformationaboutthesesourcesofcosmicrays,themostviolentobjectsintheuniverse.Thepreferredcandidatesforastro-acceleratorsareexpectedtohavelarge-scalestrongshocksand/orstrongmagneticfield,suchasactivegalacticnuclei(AGN),supernovaeremnants,microquasarsorgammaraybursts.Thestudyofsuchobjectsison-goingingammarayastronomywhichhasproducedanimpressiveharvestofresultsinthelastfewyears.Moreover,therecentannouncementoftheAugercol-laborationofapossiblecorrelationbetweenthearrivaldirectionofcosmicrayswithenergiesinexcessof6×1019eVandAGN2reinforcestheinterestinthestudiesonbottom-upprocessesforcosmicraysproductionandmulti-messengerstudies.Forinstance,ifanAGNoriginofthehighestenergycosmicraysweretobeconfirmed,theneutrinofluxfromthoseobjectscouldbewithinreachofakilometerscaledetectorsuchasIceCubewithinafewyears3.

Neutrinosareacompletelyuniquetoolforthestudyofthecosmicraysources.Chargedprotonsbelow1018.5eVarebentbytheinter-galacticmagneticfieldsandnolongerpointbacktotheirsourcesthusmakingprotonastronomyimpossibleatlowenergies.Asforneutralmessengers,thegammaraysarestronglyattenuatedabove50TeVbecauseoftheirinteractionwiththeinfraredbackground,reachingusonlyfromgalacticsourcesathighenergies.Theneutrinos,withtheirweakinteractioncrosssection,aretheonlyparticlesthatallowustoexplorethenonthermicuniverseatcosmologicaldistancesandatallenergies.Nevertheless,ifthisverysmallcrosssectionisanadvantageforthepropagationfromthesource,thedetectionofneutrinosfromastronomicaleventsrequiresaverylargedetectionvolume.AkilometercubescaleisneededtoallowthedetectionofameasurablenumberofeventsinoneyearfromtheexpecteddiffuseneutrinofluxattheWaxman-Bahcallbound4.Severallargescaleneutrinotelescopesarecurrentlytakingdataorunderdevelopmentusingeitherwater(Baikal,ANTARES,NEMO,NESTORandthefuturekilometerscaleKM3Net)oriceasadetectionmedium(IceCubeanditssub-detectorAMANDA).ThesensitivityofIceCubetoastrophysicalneutrinosourcesisgiveninapreviousarticle5.WewillgivehereabriefoverviewoftheresultsofAMANDAforneutrinoastrophysicsinsection4,andwillpresentthefirstpointsourcesearchwithapartialconfigurationofIceCubeinsection5.Inadditiontotheseanalyses,IceCubewillalsolookforhighenergyneutrinosthatareexpectedtobecreatedbyinteractionofthecosmicrayprotonswiththebackgroundradiation6.MorespecificstudiesdonewithIceCubeforsupernovaedetection8andGRBsearches9canalsobefoundintheliterature.

2OtherphysicspotentialoftheexperimentInadditiontohighenergyneutrinoastronomy,IceCube’sscientificreachextendstoparti-clephysicsbylookingforneutrinofromannihilationofweaklyinteractingmassiveparticles(WIMP),liketheneutralino.Thesedarkmattercandidatesareexpectedtoaccumulateingrav-itationalpotentialwellssuchastheEarthorSun.Iftheannihilationproductsoftwotrappedneutralinosincludeneutrinos,aneutrinofluxexcessmaybeobservedinthedirectionofthecen-teroftheEarthorSun.Asaconsequence,neutrinotelescopeslikeIceCube,IceCubeDeepCore(seesection6.2)andAMANDAaimattheindirectdetectionofdarkmatterwiththeSunortheEarthaseffectiveneutrinosources10.TheresultsobtainedwithAMANDAarepresentedinsection4.Othertopicsofparticlephysicscanalsobeadressedbutwillnotbediscussedhere,likethesearchformagneticmonopoles11,strangequarkmatterorSUSYQ-balls12.

3TheIceCubedetectorIceCubeislocatedatthegeographicSouthPole.Neutrinosaredetectedthroughtheirchargedcurrentinteractionsintheiceofthedetectorvolume(orintheicesurroundingthedetectorformuonandtauneutrinos).TheCherenkovlightproducedbythechargedleptonresultingfromthisinteractiontravelsthroughthetransparenticeandiscollectedbythedigitalopticalmodules17(DOMs)ofIceCube.ThecurrentIceCubedesign13consistsof80strings,eachbearing60DOMs.Theyaredeployedatdepthsbetween1450and2450mbelowthesurfaceoftheice,formingthein-icepartofthedetector.TheDOMshaveaspacingof17moneachstringandthestringsformatriangulargridpatternwithaninter-stringspacingof125m,providinga1km3instrumentedvolume.Theburieddetectoristoppedonthesurfacebyanarrayof80stationscalledIceTop14

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2020年山东等级考试模拟物理试卷及解析答案

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一、单项选择题：本题共 8 小题，每小题 3 分，共 24 分。在每小题给出的四个选项中，只有
一项是符合题目要求的。
1．2019 年是世界上首次实现元素人工转变 100 周年。1919 年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发
现产生了另一种元素，该核反应方程可写为：
4 2
He+
14 7
N

m 8
X

1nY
。以下判断正确的是
上击回，球在空中运动一段时间后落至对方的台面上，忽略空气阻力和乒乓球的旋转。下列说法
正确的是
A．击球过程合外力对乒乓球做功为零
B．击球过程合外力对乒乓球的冲量为零
C．在上升过程中，乒乓球处于失重状态
D．在下藩过程中，乒乓球处于超重状态
11．如图所示，某人从距水面一定高度的平台上做蹦极运动。劲度系数为 k 的弹性
故活塞左移，平衡时������������ < ������������，������������ = ������������。活塞左移过程中，������气体被压缩内能增大，温度增 大，������气体向外做功，内能减小，温度减小，平衡时������������ > ������������。 3.【答案】A
调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节
滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表 Al、A2 的示数分别
为 Il、I2。
请回答以下问题：
(1)若电流表的内阻可忽略，则电流表示数 I2= Il 时，
电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值。
(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径，螺旋测微器的示数如
A．M 点的电场强度比 K 点的大
B．球壳内表面带负电，外表面带正电
基于里德堡原子的微波全信息测量

基于里德堡原子的微波全信息测量

基于里德堡原子的微波全信息测量贾凤东1，郝建海1，崔越1，王宇翔1，刘宇晴1，王宇2，尤建琦2，白金海2，钟志萍1，3*（1.中国科学院大学 物理科学学院，北京 100049；2.航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095；3.中国科学院大学 中国科学院拓扑量子计算卓越中心，北京 100190）摘 要：介绍了里德堡原子微波电场传感器的工作原理，阐述了基于里德堡原子测量微波电场强度、相位、极化、频率等信息的技术特点，分析了基于里德堡原子的微波全信息测量的研究现状，探讨了当前绝对自校准测量和连续宽带高灵敏测量面临的困难，指出可以通过外场调控实现测量灵敏度提升和宽带连续频率测量；并可通过各种调制及解调手段简化相位、极化的测量和读取。

分析了在热原子系统中利用多光子激发消除多普勒展宽以及采用冷原子消除多普勒展宽对于提升微波测量灵敏度的潜在优势，提出未来可利用里德堡原子的高轨道角动量态、强关联等特性进一步提升里德堡原子微波电场传感器性能。

关键词：微波电场传感器；里德堡原子；电磁感应透明中图分类号：TB939；TP212；O56 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2024）01-0001-22Microwave full information measurement based on Rydberg atomsJIA Fengdong 1, HAO Jianhai 1, CUI Yue 1, WANG Yuxiang 1, LIU Yuqing 1,WANG Yu 2, YOU Jianqi 2, BAI Jinhai 2, ZHONG Zhiping 1,3*(1.School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China ；2.Changcheng Institute of Metrology & Measurement, Beijing 100095, China ；3.CAS Center for Excellence in TopologicalQuantum Computation, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)Abstract: This paper introduces the principles of the Rydberg atom microwave electric field sensor, elucidating the technical features of measuring the information of microwave electric field strength, phase, polarization, and frequency based on Rydberg atoms. Then it analyzes the current state of microwave full‐information measurement based on Rydberg atoms and discusses the challenges faced by absolute self‐calibration measurements and continuous broadband high‐sen‐sitivity measurements. It points out that measurement sensitivity enhancement and continuous broadband frequency mea‐surement can be achieved through external field modulation. Various modulation and demodulation techniques are sug‐gested to simplify phase and polarization measurements and data reading. The paper also explores the potential advan‐tages to eliminate Doppler broadening effect by adopting multiphoton excitation in atomic vapor cell systems and adoptingcold atomic systems to enhance microwave measurement sensitivity. It proposes the possibility for future exploration of such characteristics of Rydberg atoms as high orbital angular momentum states and strong correlations to further improvedoi ：10.11823/j.issn.1674-5795.2024.01.01收稿日期：2023-12-20；修回日期：2024-01-24基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFA0304900、2017YFA0402300）；北京市自然科学基金项目（1212014）；中国科学院重点研究计划项目（XDPB08-3）；中央高校基本科研业务费专项资金项目引用格式：贾凤东， 郝建海， 崔越， 等. 基于里德堡原子的微波全信息测量［J ］. 计测技术， 2024， 44（1）： 1-22.Citation ：JIA F D ， HAO J H ， CUI Y ， et al. Microwave full information measurement based on Rydberg atoms ［J ］.Metrology & Measurement Technology ， 2024， 44（1）： 1-22.the performance of Rydberg atom microwave electric field sensors.Key words: microwave electric field sensor; Rydberg atom; electromagnetic induction transparency0　引言对量子状态的主动调控和操纵引发了第二次量子革命，发展出量子通信、量子计算和量子精密测量等前沿领域。

802_am_强子物理_乔从丰

802_am_强子物理_乔从丰

迄今为止，共发现三代，六种味道的夸克
强子物理
轻子家族
第一个轻子—电子
1931年，泡利为了解释β衰变中的能量失踪现象，预 言了一种未知的极其微小的中性粒子带走了β衰变中 那一部分能量和动量，最终被费米命名为“中微子” （Neutrino）。
1933年，费米指出：β衰变就是核内一个中子通过弱相互作 用衰变成一个电子、一个质子和一个 反中微子。中微子只 参与弱作用，具有最强的穿透力。由于中微子与物质间的相
夸克间相互作用
根据目前人类的认识，自然界有四种基本相互作用： 强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、万有引力
量子色动力学（QCD）是目前人类认识到的，自然 界中最基本的四种相互作用之一，是描述基本粒子 之间强相互作用的量子理论。
强相互作用
1964年，Greenberg引入了夸克的一种自由度——“颜 色”（color）夸克带颜色荷。每味夸克就有三种颜色 分别是红、绿和蓝（RGB）。
原子核 = 质子 + 中子
问题1：带正电的质子为何被束缚在一起？ 问题2：质子和中子是否具有内部结构？
强子物理
原子核内的相互作用—发现介子
1935年，日本科学家汤川秀树（Yukawa Hideki，1907-1981）提出了“交换粒子”的 概念，作为新相互作用理论的基本概念。
1936年，美国科学家安德森在宇宙线中发现一 种比电子约重207倍的粒子，当时误认为就是 介子，后来发现这种粒子其实并不参与强相互 作用是一种轻子，所以改名为μ子。
1909年卢瑟福指导他的学生做了一个著 名物理实验。他们用alpha粒子轰击金箔， 发现绝大多数alpha粒子与金原子的散射角 很小，但也有少数alpha粒子散射角很大， 甚至大于90度
他们由此推断，金原子内大部分空间 是空的，质量较大并带有正电荷的部分 集中在很小的，称之为核的区域
中微子能量

中微子能量

中微子能量中微子是一种非常神奇的粒子。

由于其本身不带电荷，速度非常接近光速，且穿透能力极强，所以中微子能够帮助我们了解一些其他粒子无法解释的现象。

与传统的粒子不同，中微子的能量范围十分广泛。

从每个中微子只有几百万电子伏特的太阳中微子，到来自超新星爆炸的高能中微子，其能量范围巨大，从eV （electron Volt，电子伏特）到ZEV（Zetta-electron Volt，塞托电子伏特）不等。

具体而言，太阳中微子的能量范围在MeV（Mega-electron Volt，百万电子伏特）以下，而来自超新星爆炸的高能中微子的能量可以达到PeV （Peta-electron Volt，千万亿电子伏特）级别。

因为中微子具有非常少的与之交互的能力，它们需要经过非常长的距离才能感受到任何阻碍。

例如，一束由太阳产生的中微子，经过地球上数百亿个追踪他们的位置的传感器，其最终能被探测到的中微子只占原本产生的中微子数的一小部分。

不过，由于中微子穿透力极强，这种能力也让中微子成为一个非常好的“观察器”，它们可以帮助观察到其他粒子无法穿过的障碍物，例如地球内部、太阳内部以及宇宙黑暗的某些区域。

目前，使用中微子探测器进行实验的研究主要集中在中微子的质量和混合角度的测量上。

这些测量对于粒子物理和天体物理学的研究有着十分重要的意义。

中微子的质量仍然是一个未解之谜。

中微子的质量和其他粒子的质量相比非常轻，在一系列实验中，目前得到的中微子质量参数只有估计值，但其精度正在逐步获得提高。

通过不断地研究中微子行为规律以及其相互作用的特性，我们可以更好地理解宇宙结构，并为粒子物理理论的发展做出贡献。

混合角度是另一个与中微子相关的重要概念。

混合角度指的是当一个中微子从种类A到种类B的变化发生时的概率。

通过研究这种概率，我们可以更好地理解中微子与其他基本粒子的相互作用和变化关系。

有时混合角度还有助于研究其他基本粒子的物理性质，例如质量和电荷等。