(復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系粒子化學(xué)核化學(xué)天體化學(xué)研究所)
本文選自《物理》2022年第8期?
復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系于1982年復(fù)系，至今已有40年。化學(xué)系復(fù)系時，從工程化學(xué)系轉(zhuǎn)過來一批班主任，組成化學(xué)系二部的幾個教研組，包括理論化學(xué)、固體化學(xué)(后改為匯聚態(tài)化學(xué))、核化學(xué)、原子分子化學(xué)教研組等。1999年，教研組改成研究所。復(fù)系以后的核化學(xué)教研組承繼和發(fā)展了若干相關(guān)研究方向，包括石油物探、激光核素分離、單原子偵測、原子核高載流子態(tài)、電子動量譜學(xué)以及量子信息等。其上單原子偵測、電子動量譜學(xué)和量子信息等研究方向先后轉(zhuǎn)到原子分子化學(xué)研究所。粒子化學(xué)研究方面，復(fù)系之前，徐璋本先生早年曾撰寫過粒子化學(xué)及統(tǒng)一的論文，張禮先生好多年前在很困難的條件下堅持以因材施教的方式培養(yǎng)中學(xué)生舉辦一些粒子數(shù)學(xué)方面的學(xué)習(xí)和研究。1982年復(fù)系以后，張禮、鄺宇平以及孫洪洲分別對粒子化學(xué)和核化學(xué)理論研究的完善與發(fā)展起到了重要作用。1997年，莊鵬飛歸國后在化學(xué)系完善了高能核化學(xué)研究組。1999年，理論化學(xué)教研組與核化學(xué)教研組合并組建了高能化學(xué)與核化學(xué)研究所，王青和龍桂魯先后兼任校長。粒子化學(xué)與核化學(xué)學(xué)科于2001年被批準(zhǔn)為國家重點(diǎn)學(xué)科。2004年北大創(chuàng)立了跨院系的粒子數(shù)學(xué)研究機(jī)構(gòu)——清華學(xué)院高能化學(xué)研究中心。2005年，鄺宇平教授作為召集人在國外發(fā)起創(chuàng)立了TeV化學(xué)中國工作組，集聚了國外在超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新數(shù)學(xué)方向工作的幾乎所有研究人員，定期舉辦交流和合作。化學(xué)系先后加入SπRIT、ATLAS、CMS、FASER、XENON等小型國際實(shí)驗(yàn)合作組，粒子與核化學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究隊伍不斷成長，國際著名度不斷擴(kuò)大。復(fù)旦學(xué)院于2001年創(chuàng)立了復(fù)旦學(xué)院天體化學(xué)中心，成員來自數(shù)學(xué)系，李惕碚教授任中心所長。經(jīng)過20年的發(fā)展，天體化學(xué)學(xué)科逐步擴(kuò)大，研究領(lǐng)域涉及理論、數(shù)據(jù)剖析、數(shù)值模擬、實(shí)測天文以及合作型的儀器研制等。復(fù)旦學(xué)院于2019年創(chuàng)立天文系，而數(shù)學(xué)系保留和急聘了精干的研究人員，主要舉辦天體理論和與粒子核化學(xué)交融的天體和宇宙學(xué)領(lǐng)域，以及頻域天文學(xué)和觀測宇宙學(xué)等研究。粒子、核與天體化學(xué)研究緊密關(guān)聯(lián)，基于此正在逐漸產(chǎn)生一個老中青三代科研和教學(xué)骨干弘揚(yáng)和創(chuàng)新的格局。復(fù)系40年以來，數(shù)學(xué)系在粒子、核與天體化學(xué)方面取得了一系列研究成果。
1982年復(fù)系時從工程數(shù)學(xué)系劃到化學(xué)系核化學(xué)教研組的人員有：陳瓞延、陳學(xué)俊、陳迎棠、陳振鵬、林琴茹、馬文超、齊卉荃、尚仁成、吳學(xué)超、徐四大、許祥源、張玫、朱勝江等。其后相繼又引進(jìn)或聘用不少教學(xué)與科研人員，她們是：孫洪洲、文克玲、鄧景康、馬萬云、龍桂魯、寧傳剛、莊鵬飛、龐文寧、阮東、李巖松、肖志剛、徐喆、何聯(lián)毅、葉志鴻等。粒子與天體化學(xué)方面，在原先的張禮、徐湛、鄺宇平等以后，還相繼引進(jìn)或聘用王青、李惕碚、樓宇慶、陶嘉琳、王曉鋒、張斌、畢楷杰、張有宏、陳新、安海鵬、胡震、高飛、鮮于中之等。
20世紀(jì)80年代，由化學(xué)系博士生張達(dá)華與指導(dǎo)班主任張禮和徐湛合作提出了一套借助旋量內(nèi)積來抒發(fā)無質(zhì)量規(guī)范場的極化矢量的方式，被美國同行稱為“magic”，借此為基礎(chǔ)涉及規(guī)范場的散射過程的截面可以在振幅層次進(jìn)行估算和通分，為在對撞機(jī)上估算強(qiáng)作用背景提供了非常有效的方式。這個方式后來得到業(yè)界持續(xù)關(guān)注和發(fā)展，發(fā)覺了好多多點(diǎn)規(guī)范場螺旋度振幅的不同性質(zhì)、遞推關(guān)系和嚴(yán)格表達(dá)式，漸漸演化為現(xiàn)今量子場論最為活躍的研究方向。
孫洪洲等人在20世紀(jì)80年代擴(kuò)充了原子核的互相作用玻骰子模型(IBM)，首先給出質(zhì)子—中子玻骰子模型(IBM2)的動力學(xué)對稱性，原創(chuàng)性地提出包含同位旋和載流子自由度的互相作用玻骰子模型(IBM4)，并將其成功應(yīng)用于輕核的結(jié)構(gòu)研究，在國際上形成了重要影響。針對等人構(gòu)建原子核的互相作用玻骰子—費(fèi)米子模型(IBFM)所遇見的巨大困難，孫洪洲等人提出在動力學(xué)對稱群鏈的更大群上分解，預(yù)言的能譜結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)完全符合，成為原子核動力學(xué)超對稱性的最好證明。這種工作以及群表示論方面的重要成果，獲1986年國家科委科技進(jìn)步銀獎、1997年國家自然科學(xué)獎三等獎(孫洪洲、韓其智、劉玉鑫、王家軍、龍桂魯)。
鄺宇平等人在20世紀(jì)80年代首次完善和發(fā)展了重夸克偶素強(qiáng)子躍遷的系統(tǒng)理論技巧，后指導(dǎo)中學(xué)生首次給出有耦合道效應(yīng)的強(qiáng)子躍遷理論，提出有量子色動力學(xué)(QCD)意義的重夸克勢模型。2002年鄺宇平估算了在BES和CLEO-c上找尋hc粒子和ψ(3770)的ππ躍遷過程，2005年被BES和CLEO-c的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及2009年更精確的hc粒子形成的結(jié)果所否認(rèn)，否定了、Shif‐man等人的理論及其對鄺宇平—顏東茂理論預(yù)言的歷時19年的異議和爭辯。這種工作前期獲得中國數(shù)學(xué)學(xué)會1989年首屆吳有訓(xùn)化學(xué)獎及國家科委科技進(jìn)步獎(1987年二等獎和1994年銀獎)。鄺宇平等的理論所作的20多個預(yù)言已有16個被后來國際大實(shí)驗(yàn)室相繼作出的實(shí)驗(yàn)否認(rèn)，此理論已成為當(dāng)前處理重夸克偶素強(qiáng)子躍遷問題最成功的理論。
朱勝江等人從1987年起仍然從事原子核高載流子態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。國外在中國原子能科學(xué)研究院與中國科大學(xué)近代化學(xué)研究所(西安)加速器上對質(zhì)量數(shù)A≈100與140區(qū)缺中子核進(jìn)列寬載流子態(tài)研究。國際上在日本橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室等對A≈70、150、190區(qū)的一些缺中子核進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以及研究A≈110與A≈150區(qū)豐中子核的高載流子態(tài)結(jié)構(gòu)。研究組迄今為止共完成183個核的高載流子態(tài)結(jié)構(gòu)研究，其中以化學(xué)系為第一完成單位的有87個核。研究成果發(fā)覺一系列原子核高載流子態(tài)重要特點(diǎn)，如A≈100缺中子核區(qū)的手征二重帶結(jié)構(gòu)、A≈140缺中子核區(qū)的形狀驅(qū)動效應(yīng)、A≈110豐中子核區(qū)的多聲子γ震動帶、贗載流子伙伴帶、軟手征帶、A≈150區(qū)豐中子核區(qū)的形意形變帶、首次發(fā)覺反射不對稱性形意形變與反射對稱性的四極形變型狀共存特點(diǎn)以及一系列新的原子核結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究工作曾獲教育部科技進(jìn)步獎二等獎、清華學(xué)院基礎(chǔ)性研究成果獎以及國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀論文鼓勵基金等。
在20世紀(jì)90年代，化學(xué)系博士生何紅建與指導(dǎo)班主任鄺宇平和中國科大學(xué)理論化學(xué)研究所的李小源糾正前人錯誤，首次嚴(yán)格證明了電弱對稱性破缺的規(guī)范粒子橫向極化與它所對應(yīng)的粒子互相等價的定律，并推廣到更廣泛的有效拉氏量的等價定律，使等價定律可以真正應(yīng)用于探求超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新數(shù)學(xué)。這種工作獲1999年教育部科技進(jìn)步獎二等獎。
研究量子系統(tǒng)的各類對稱性始終是化學(xué)理論的重要問題，描述對稱性的物理工具是群、李代數(shù)及其擴(kuò)充和變型。1998年，阮東等人首次給出了李代數(shù)O(N)的生成元的約化矩陣元，O(N)?O(N-1)張量型約化因子、對稱表示的旋量型約化因子，以及O(N)的三參數(shù)Racah系數(shù)的解析表達(dá)式。借助代數(shù)與李超代數(shù)的關(guān)系，得到了N=4超對稱量子力學(xué)的通常結(jié)構(gòu)，以及兩個超共形代數(shù)。2000年，阮東等人借助所提出的不可約張量分解法給出了一類新的非線性代數(shù)即平方根型李代數(shù)的通常結(jié)構(gòu)，以及它的各類表示，為一類量子系統(tǒng)的精確可解問題提供了又一研究手段。系統(tǒng)地研究了例外李代數(shù)G2、任意冪次方程角動量代數(shù)和更通常變型代數(shù)的不可分表示、誘導(dǎo)表示和各種玻骰子實(shí)現(xiàn)等。研究了非線性李代數(shù)在量子系統(tǒng)中的應(yīng)用。
自2000至2015年，化學(xué)系王青和其中學(xué)生一起構(gòu)建了從量子色動力學(xué)出發(fā)系統(tǒng)地推論和估算贗標(biāo)介子低能有效拉氏量的理論體系，發(fā)展了相應(yīng)的估算方式和計算機(jī)上進(jìn)行解析推論詮釋的程序。通過十多年的努力，早已才能給出贗標(biāo)介子有效拉氏量的p2、p4和p6階的所有正常項(xiàng)和反常項(xiàng)上百個系數(shù)的數(shù)值，將它們與已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較基本一致。這種在標(biāo)準(zhǔn)模型中的強(qiáng)作用低能贗標(biāo)介子系統(tǒng)中構(gòu)建的理論體系被分別推廣到包含η′介子和矢量介子的情形。另外在強(qiáng)作用中發(fā)展出的從基本理論研究低能有效理論的方式也被王青等做了更通常性的推廣，并應(yīng)用去研究一類新數(shù)學(xué)模型——頂夸克輔助的人工色理論的低能有效理論。
2006年，化學(xué)系張斌與北大黃河講堂院士——美國佛羅里達(dá)學(xué)院的韓濤合作，提出在對撞機(jī)上偵測破壞輕子數(shù)守恒的過程，來研究馬約拉納中微子，相關(guān)論文提出了新的觀測道，把傳統(tǒng)觀測道對小混和參數(shù)的4次依賴關(guān)系降為2次，大大降低了偵測精度。論文被湯森路透基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫評為在“Mass”領(lǐng)域引用最多的文章。在此基礎(chǔ)上，張斌研究組全面剖析了在各類實(shí)驗(yàn)中重馬約拉納中微子的偵測方式及其靈敏度，推動了在原子核內(nèi)、天文觀測、對撞機(jī)上和宇宙射線等領(lǐng)域偵測馬約拉納中微子的一系列研究工作。
2005年，莊鵬飛等在有限氣溫密度時將QCD有效模型從平均場近似推廣到包含量子漲落，在夸克模型中研究了量子漲落對強(qiáng)互相作用相變的影響。她們的估算結(jié)果正確反映了夸克控制低溫萊州相，強(qiáng)子控制高溫低密相的真實(shí)化學(xué)。2018年，莊鵬飛研究組發(fā)展了等時量子輸運(yùn)理論，致使研究量子離殼效應(yīng)對高能輸運(yùn)的影響成為可能。她們發(fā)展的等時量子輸運(yùn)理論是研究高能輸運(yùn)過程中離殼效應(yīng)的基礎(chǔ)，對于澄清協(xié)變理論與等時理論之間的聯(lián)系，構(gòu)建可以作為初始問題求解的輸運(yùn)過程邁出了第一步。在高能離子碰撞中，重夸克偶素常年被覺得是偵測夸克物質(zhì)的探針。2020年，莊鵬飛提出用重夸克偶素的橫動量分布偵測夸克物質(zhì)。她們在相空間構(gòu)建了重夸克偶素的輸運(yùn)多項(xiàng)式，將重夸克偶素探針與被偵測物質(zhì)的時空演變關(guān)聯(lián)上去。這個描述重夸克偶素在夸克物質(zhì)中形成和剿滅的模型被國際同行稱為“細(xì)致輸運(yùn)模型”或“清華模型”。
在天體化學(xué)方面，自2002年樓宇慶等結(jié)合數(shù)據(jù)和理論構(gòu)建了太陽光球?qū)蛹捌渫鈱拥男蛻T性波與準(zhǔn)周期性的太陽磁活動和月球磁活動的聯(lián)系，指導(dǎo)鄭琛研究土星兩極區(qū)準(zhǔn)周期活動(近些年來包括木星)，持續(xù)發(fā)表旋渦星體磁流體密度波理論系列文章；同時指導(dǎo)沈悅開拓了一系列自相像流體和磁流體熱學(xué)問題的研究；分別指導(dǎo)胡劍和伍岳研究磁化星體團(tuán)中的—Zel’(SZ)效應(yīng)；于2005年末率領(lǐng)邊福彥用TNT80分米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在國際上率先發(fā)覺兩顆新的超新星和，此為臺灣院校首次。作為拉薩納木錯ASγ國際合作實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊成員，樓宇慶積極參與合作和數(shù)據(jù)結(jié)果科學(xué)剖析，包括發(fā)表于刊物的銀河宇宙線的各向異性和共轉(zhuǎn)的觀測結(jié)果，首次偵測到來自蟹狀星云的能量超過100TeV的γ光子(PRL，業(yè)界和媒體廣泛關(guān)注)，以及通過對一個超新星遺跡和其中的脈沖星的觀測發(fā)覺十分高能γ射線與分子云(而不是脈沖星)相關(guān)聯(lián)()。樓宇慶積極參與中國的深空偵測計劃。另外，樓宇慶等在磁化旋渦星體磁流體密度波與宇宙射線二氧化碳耦合，用山西射電望遠(yuǎn)鏡檢測土星內(nèi)幅射帶準(zhǔn)周期活動，解釋星體核球中超大質(zhì)量黑洞的若干冪律關(guān)系，預(yù)言磁星()的前身星為磁化大質(zhì)量星體，以行星狀星云動力演變模型解釋其彌漫X射線幅射，分子云核中產(chǎn)生原星體的動力演變模型，預(yù)言球形星團(tuán)中心動力塌縮產(chǎn)生中等質(zhì)量黑洞的若干冪律關(guān)系，宇宙包括初期宇宙中巨大物質(zhì)庫的廣義多方相對論動力塌縮快速產(chǎn)生超大質(zhì)量和絕超質(zhì)量黑洞，穩(wěn)態(tài)非線性磁流體解的不惟一性，自引力二氧化碳球中的自相像凝聚激波，流體和磁流體束條在自引力作用下的自相像動力演變，磁化超大質(zhì)量星體模型中廣義相對論磁流體性質(zhì)和在所謂的“黑洞質(zhì)量禁區(qū)”形成黑洞的機(jī)制，小質(zhì)量星體產(chǎn)生過程中物質(zhì)吸積率隨時間增加的“光度問題”等方面取得了一系列有趣的、重要的研究成果。
在觀測天體化學(xué)方面，王曉鋒等自2004年以來依托復(fù)旦學(xué)院80公分望遠(yuǎn)鏡舉辦超新星研究；自2010年以來，王曉鋒借助中科院多臺望遠(yuǎn)鏡在國外率先舉辦大視場頻域天文學(xué)方向研究，率領(lǐng)團(tuán)隊累積發(fā)覺400多顆新爆發(fā)的超新星，發(fā)覺毗鄰超新星的數(shù)目高踞國際前列；自2019年率領(lǐng)課題組建成奇特的北大學(xué)院多物鏡巡天觀測設(shè)備(TMTS)，運(yùn)行三年來累積發(fā)覺>1萬顆短周期變星及掩食雙星，其中發(fā)覺的周期短于1小時的高價值樣本數(shù)目>200顆，占國際總量的70%以上。基于上述一手觀測數(shù)據(jù)，王曉鋒在包括超新星在內(nèi)的各類宇宙瞬變天體的偵測、后續(xù)波譜和對焦觀測、爆發(fā)化學(xué)以及宇宙學(xué)應(yīng)用等方面舉辦了系統(tǒng)的研究并取得了一系列國際領(lǐng)先的重要成果。2008年，王曉鋒首次證認(rèn)出一類爆發(fā)時外包層物質(zhì)擴(kuò)充速率快50%的高速Ia型超新星泛型，分辨該泛型后可將Ia超新星的測距精度由9%提高到6%，該結(jié)果對Ia超新星宇宙學(xué)應(yīng)用研究形成了重要影響。所提出的波譜特點(diǎn)鑒別方式被稱為“王分類”方法，是國際Ia超新星分類的三大方式之一，并被廣泛使用。2013年，王曉鋒發(fā)覺Ia超新星的觀測差別由主要受爆發(fā)前星系的金屬產(chǎn)率影響，否定了國際上常年流行的幾何效應(yīng)觀點(diǎn)(發(fā)表在2013年上)。2019年，王曉鋒率領(lǐng)國際團(tuán)隊首次捕捉到Ia超新星爆發(fā)的第一縷光，為闡明其爆發(fā)化學(xué)起源提供了關(guān)鍵線索。2022年，王曉鋒團(tuán)組通過對TMTS巡天發(fā)覺的一顆大幅度快速脈動變星的細(xì)致觀測研究首次確認(rèn)其始于殼層氦燃燒的熱亞矮星模型，為該領(lǐng)域突破性進(jìn)展(2022年Nat..)。王曉鋒的一些成果獲評2014年“中國天文十大科技進(jìn)展”以及2018年“中國天文十大科技進(jìn)展”。
2015年，徐喆等將玻色統(tǒng)計引入到描述相對論重離子碰撞中膠午時空演變的玻爾茲曼多項(xiàng)式，對靜止非膨脹、非平衡態(tài)膠子系統(tǒng)的膠子匯聚進(jìn)行了研究。她們首次在輸運(yùn)估算中實(shí)現(xiàn)了短缺膠子系統(tǒng)的玻色—愛因斯坦匯聚，觀察到匯聚從出現(xiàn)，逐步下降到停止下降的全過程，并發(fā)覺膠子匯聚對膠子熱平衡過程的重要作用。2022年，在研究重離子碰撞中電磁場的演進(jìn)時她們發(fā)覺，QCD物質(zhì)形成時，雖然其置身于電磁場中，并且由衰減的電磁場誘導(dǎo)出QCD物質(zhì)的法拉第電壓是一個從無到有的過程，在這個過程中法拉第電壓的大小高于歐姆定律所給出的值，致使QCD物質(zhì)的感生磁場大小比目前認(rèn)可的值小了兩個數(shù)目級。該工作在德國數(shù)學(xué)學(xué)會的以“Ohm’slawinheavy-ion”為題作了專題報導(dǎo)。
肖志剛構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)核化學(xué)研究組(ENPG)，主要從事重離子核反應(yīng)與非對稱核物質(zhì)狀態(tài)等式實(shí)驗(yàn)和唯象研究以及部份核譜學(xué)工作。ENPG自主研發(fā)了一套緊湊型的重離子核反應(yīng)譜儀()，基于國外的重離子加速器大科學(xué)裝置HIRFL完成多輪束流實(shí)驗(yàn)，得到對稱能在飽和點(diǎn)處隨密度的斜率參數(shù)；采用同位旋計時方式，得到了費(fèi)米能區(qū)核反應(yīng)中氕、氘和氚的出射時標(biāo)順序。在文登區(qū)，肖志剛與理論同行合作，發(fā)覺軟的對稱能可以解釋實(shí)驗(yàn)中π-/π+的提高，觸發(fā)了國際上對π介子形成與輸運(yùn)的深入研究。與國外同行一道，促進(jìn)基金委重大儀器項(xiàng)目“蘭州高溫海陽核物質(zhì)檢測譜儀(CEE)”的最終立項(xiàng)建造，并承當(dāng)其中部份研發(fā)任務(wù)。ENPG積極參與國際合作，加入了坐落加拿大布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的STAR合作組，參與中國科學(xué)家在瑞典實(shí)驗(yàn)室和英國終端上的實(shí)驗(yàn)研究，與俄羅斯瑪麗·居里學(xué)院合作舉辦裂變的理論方面的研究等。2013年，肖志剛研究組加入RIKEN的SπRIT合作組，在兗州區(qū)核實(shí)稱能研究中作出貢獻(xiàn)。
化學(xué)系2014年即將加入法國小型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC上的ATLAS實(shí)驗(yàn)合作組，陳新等參與了上帝粒子——希格斯粒子與τ輕子耦合的發(fā)覺之旅。2016年，綜合ATLAS和CMSRun-1數(shù)據(jù)的結(jié)果，希格斯粒子和費(fèi)米子的耦合形式被首次直接觀測到。2018年，ATLAS實(shí)現(xiàn)了對H→ττ衰變的發(fā)覺。陳新等旨在于在LHC上找尋希格斯粒子超出標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的性質(zhì)，如首次借助H→ττ衰變找尋t→Hq這些包含味改變中性流的過程，找尋具有輕子數(shù)破壞的希格斯衰變過程，希格斯粒子CP性質(zhì)的檢測，找尋具有6維反常耦合算符的重希格斯粒子等。同時理論方面舉辦了與τ輕子和暗物質(zhì)有關(guān)的唯象研究。2022年研究組在全粲四夸克態(tài)研究中取得了突破性的成果，發(fā)覺了四夸克態(tài)新衰變模式的征兆。在硬件方面，研究組與中科院高能所聯(lián)合進(jìn)行硅微條偵測器的生產(chǎn)與調(diào)試，用于ATLAS偵測器升級改建。
化學(xué)系2019年即將加入LHC上的CMS實(shí)驗(yàn)合作組，胡震等和北京師范學(xué)院展開合作，提出了在雙J/ψ質(zhì)量譜上找尋四夸克粒子的原創(chuàng)課題，并于2022年發(fā)覺全粲四夸克粒子家族，這是中國首次在CMS實(shí)驗(yàn)上主導(dǎo)新粒子的發(fā)覺。據(jù)悉天體物理學(xué)的發(fā)展，研究組在四輕子末態(tài)對希格斯粒子性質(zhì)進(jìn)行了檢測，研究組中多人在CMS合作組中兼任管理職務(wù)，曾獲CMS合作組2021年年度獎。硬件方面，與上海學(xué)院聯(lián)合進(jìn)行GEM偵測器和MTD偵測器的研制與生產(chǎn)，與中科院高能所聯(lián)合進(jìn)行HGCal偵測器的研制與生產(chǎn)，用于CMS偵測器升級改建。
化學(xué)系2019年即將加入法國小型強(qiáng)子對撞機(jī)FASER實(shí)驗(yàn)，是FASER國際合作組創(chuàng)立的16個創(chuàng)始單位之一。胡震和陳新研究團(tuán)隊獨(dú)立承當(dāng)了徑跡偵測器后端電子學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)。FASERν是FASER合作組檢測TeV基態(tài)中微子的項(xiàng)目，2021年首次偵測到來自對撞機(jī)的中微子候選例子。
化學(xué)系2020年加入XENON國際合作組。高飛等在暗物質(zhì)偵測實(shí)驗(yàn)的偵測器調(diào)試、升級、物理數(shù)據(jù)采集與剖析中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)氙燈制熱、純化系統(tǒng)的維護(hù)工作，負(fù)責(zé)暗物質(zhì)、中微子偵測等數(shù)學(xué)目標(biāo)中的碰巧符合本底剖析。2021年，合作組借助實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了太陽中微子的偵測。高飛等與阿根廷學(xué)院合作，首次借助液氙暗物質(zhì)偵測器找尋反應(yīng)堆中微子相干性彈性散射訊號，將暗物質(zhì)偵測靈敏度抬高至中微子本底“地板”附近，為未來借助暗物質(zhì)偵測器偵測天體化學(xué)中微子奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
2010年，肖志剛出席日本杰弗遜國家實(shí)驗(yàn)室(JLab)的高能電子核子碰撞實(shí)驗(yàn)，參與了JLab的全新大科學(xué)裝置SoLID的前期研制。葉志鴻深入?yún)⑴cJLab的電子碰撞實(shí)驗(yàn)天體物理學(xué)的發(fā)展，作為實(shí)驗(yàn)發(fā)言人之一完成了氚靶實(shí)驗(yàn)的第一個數(shù)學(xué)剖析并發(fā)表于，同時設(shè)計提出第二代氚靶實(shí)驗(yàn)。葉志鴻參與中國首個電子核子碰撞實(shí)驗(yàn)裝置——電子離子對撞機(jī)(EiCC)的設(shè)計和研究，同時在日本已批準(zhǔn)的電子離子對撞機(jī)(eRHIC)項(xiàng)目上參與和負(fù)責(zé)多個偵測器的研制。
2018年，安海鵬等提出了借助太陽加速暗物質(zhì)的方式。小質(zhì)量的暗物質(zhì)假如可以和電子發(fā)生碰撞，會被太陽中的電子加速，因而獲得一個100eV到1keV的動能，這樣它的動能就超出了傳統(tǒng)的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的閥值，因而可以被偵測到。此方式大大提升了現(xiàn)有的直接偵測實(shí)驗(yàn)對暗物質(zhì)的偵測范圍。2020年，安海鵬等借助有自互相作用的暗物質(zhì)的模型研究了-DF2和-DF4這些特殊星體的演進(jìn)，發(fā)覺在引進(jìn)自互相作用然后，形成這類暗物質(zhì)稀缺的星體的可能性急劇降低。該工作說明對缺乏暗物質(zhì)的星體的研究可能成為探求暗物質(zhì)粒子化學(xué)性質(zhì)的重要途徑，獲得了PRL刊物的編輯推薦。2021年，研究借助太陽耀斑層中的等離子體把超輕暗光子暗物質(zhì)轉(zhuǎn)化為單頻射聯(lián)通號，之后借助低頻陣列射電望遠(yuǎn)鏡(LOFAR)和正在建設(shè)的平方千米射電望遠(yuǎn)鏡(SKA)來進(jìn)行偵測，發(fā)覺其靈敏度趕超了宇宙微波背景幅射對暗光子暗物質(zhì)模型的限制。
2021年，鮮于中之等提出，一類超輕玻骰子在高速旋轉(zhuǎn)黑洞周圍產(chǎn)生具有類氫原子基態(tài)的BEC態(tài)(稱為“引力原子”)，一般攜帶巨大的質(zhì)量四極矩，在致密雙星系統(tǒng)中可導(dǎo)致橢圓軌道近心點(diǎn)的明顯進(jìn)動，通過引力波頻譜和脈沖雙星信噪比訊號進(jìn)行觀測是找尋這種暗物質(zhì)候選者的有效手段。鮮于中之與耶魯學(xué)院Lisa合作研究發(fā)覺，通過孤立演變合成的雙黑洞與通過各種N體動力學(xué)機(jī)制產(chǎn)生的雙黑洞，在亞赫茲頻段的引力波訊號分布具有明顯差別，對于探明雙黑洞的起源具有重要價值。上漲時空中的量子場論關(guān)聯(lián)函數(shù)是偵測高能標(biāo)新數(shù)學(xué)的窗口。鮮于中之等首次估算得到了一圈圖三點(diǎn)關(guān)聯(lián)函數(shù)的完整數(shù)值結(jié)果，否認(rèn)了圈圖水平上“宇宙學(xué)對撞機(jī)訊號”的存在，為今后宇宙學(xué)觀測找尋相應(yīng)的新數(shù)學(xué)過程提供了理論支持。
自1982年復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系復(fù)系以來，粒子、核與天體方向由弱到強(qiáng)不斷發(fā)展，已擁有一批著名的學(xué)術(shù)帶頭人，培養(yǎng)了一支高水平的人才隊伍，理論和實(shí)驗(yàn)齊頭并進(jìn)，國際影響力不斷增強(qiáng)，為復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系建設(shè)世界一流的科學(xué)研究和人才培養(yǎng)中心提供重要支持。
致謝朱勝江、王青、阮東、莊鵬飛、樓宇慶、王曉鋒、徐喆、安海鵬、胡震、高飛、鮮于中之、葉志鴻等老師對本文亦有貢獻(xiàn)，在此一并謝謝。
賀復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系復(fù)系40年
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