2DARK天文志

• 简介：

南京大学－紫金山天文台粒子－核宇宙学联合研究中心（JCPNPC）成立于2006年9月。

JCPNPC中心成员主要由两部分人组成。一部分是南京大学物理系从事粒子物理和原子核物理研究工作的人员，另一部分是中国科学院紫金山天文台从事宇宙学及其相关学科研究工作的人员。现在，这两部分人将联合起来研究这两个领域交叉学科的前沿课题，并培养交叉学科的人才。虽然这两个领域在研究方向上有较大距离，但其交叉却富有特色，并有优势。

近几年来，核物理、粒子物理和天体物理（特别是宇宙学）之间的交叉学科发展十分迅速。在原先的高能天体物理领域内，经常会 涉及到高温、高密状态，因而常会涉及到核物理和粒子物理问题。比如伽玛射线暴的初始温度可以达到约1010-1011 K的高温，而密度可以达到核物质的密度，在它的动力学过程中，必然会涉及到核物理和粒子物理范围内的物理过程。尤其是伽玛射线暴的能源机制更会涉及到这些 领域的新问题。超新星爆炸过程和高密核物质性质密切相关。高能天体物理中的致密星，可以是中子星、奇异星或者黑洞。中子星实际上是一个巨大的原子核，是核 物理中的一个天然的新领域，而奇异星更是已从核物质扩展到了奇异物质或夸克胶子物质（QGP）层次，它们的核心密度甚至可以远高于核物质密度无论从核物理 看，或者从天体物理看，均是新的学科生长前沿从宇宙的演化来看，早期宇宙是高温高密状态。随着时间的演化，温度密度逐渐降低，宇宙经历了从夸克胶子物质到 核物质到等离子体的整个演化过程，这为研究强作用物质相变及物质结构各个层次提供了天然实验室。恒星能源问题实际上是慢变化的低温核过程问题，是实验室所 研究的核过程在低能段的延伸，直接联系到元素起源等重大问题。
最近，从宇宙学方面又出来了两个新问题。一个是暗物质，它所对应的粒子应是长寿命的（至少与宇宙年龄相当）、作用弱的、质量大的粒子，而已知的几百种粒子 中，竟没有一种粒子具有这种性质。因为寿命长的、质量大的粒子只有质子一种，而质子不是作用弱的粒子。另一个是暗能量，更是新奇无比，它是一种具有能量而 压强为负的物质，而已知粒子构成的物质不可能具有负压强。暗能量弥漫于整个宇宙，它究竟是什么？这个东西很像一个世纪以前的“以太”，那时的以太也是那样 的新奇、那样的不可思议，可爱因斯坦说“不”，于是出了个震动整个世纪的“相对论”！今天的暗能量似乎也在招标，看看哪位新的“爱因斯坦”可以中标！非常 明显，如果只从粒子物理或核物理来看，研究工作显得不够活跃。从粒子物理、核物理、宇宙学联合起来考虑，就出现了许多新问题。因此，这里是粒子物理、核物 理和宇宙学交叉性极强的一个领域，存在着发人深醒的根本问题。成立这样一个联合研究中心就是为了适应科学发展的这种新形势，抓住这个世纪性的机遇。国际上 对于这种交叉领域极为重视。实际上，他们把这个领域看作为物理学的基本问题。近年，美国国家研究理事会（National Research Council）发表了夸克与宇宙领域的“新世纪11个科学问题”，它们是：什么是暗物质？什么是暗能量的本质？宇宙怎样开始？爱因斯坦对万有引力是否有 最后的说法？什么是中微子的质量，它们怎样影响宇宙的演化？宇宙线高能粒子在宇宙中如何加速？质子是不稳定的吗？极高密、极高温下的新物态是什么？有没有 时空的附加维度？从铁到铀之间的元素是如何形成的？在最高能量下是否需要一种物质和光的新理论？为了回答这些基本问题，委员会推荐了七个大项目，诸如：测 量宇宙微波背景辐射的偏振；建造大视场空间望远镜以确定宇宙的膨胀历史，用来检验暗能量的性质；进行大型实验以确定中微子的质量、暗物质的组成、质子的寿 命；发展新设备、发展新技术以探测宇宙早期的引力波、研究黑洞、检验爱因斯坦理论在新的领域是否成立；加紧完成南方Auger阵列等设备，以研究最高能量 的伽玛射线、中微子、宇宙射线的起源；将不同的学术界联合起来以培育实验室与天体环境结合的快速发展的领域；实现由美国能源部、宇航局和国家科学基金委参 加的交叉机构，使物理和天文联合起来。研究宇宙物理。这是一个宏伟的蓝图。他们还具体地推出了一个由十多个卫星和大设备组成的叫“超越爱因斯坦 （Beyond Einstein）”的大计划，如下图所示。这正是这个交叉领域的大前景。

• 中心第一届学术委员会：

主任：李惕碚 （Li TP，院士，清华大学天体物理中心）
成员：（以姓名汉语拼音字母为序）：
陈建生 （Chen JS，院士，北京大学天文系）
戴子高 （Dai ZG，教授，南京大学天文系）
董国轩 （Dong GX，研究员，国家自然科学基金委员会数理学部天文处，处长）
郝晋新 （Hao JX，研究员，中国科学院基础局天文处，处长）
景益鹏 （Jing YP，研究员，中国科学院上海天文台）
蒲 钔 （Pu M，研究员，国家自然科学基金委员会数理学部物理II处，处长）
任中洲 （Ren ZZ, 教授, 南京大学物理系）
王贻芳 （Wang YF，研究员，中国科学院高能物理研究所）
吴岳良 （Wu YL，研究员，中国科学院理论物理研究所）
严 俊 （Yan J，研究员，中国科学院紫金山天文台，台长）
张家铝 （Zhang JL，院士，中国科学技术大学天体物理中心）
张双南 （Zhang SN，教授，清华大学天体物理中心）
赵 刚 （Zhao G，研究员，中国科学院国家天文台，副台长）
赵光达 （Zhao GD，院士，北京大学物理系）
周又元 （Zhou YY，院士，中国科学技术大学天体物理中心）