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![arxiv：2403.16123v1 [Physics.optics] 2024年3月24日](/simg/a\a393a80a5a1cce73a3cc0074d3901b213b3193de.webp)
arxiv：2403.16123v1 [Physics.optics] 2024年3月24日
光学天空作为光学和光子学的新兴尖端主题，将非奇异拓扑缺陷的概念扩展到拓扑光子学，从而获得额外的额外自由度，以进行轻度跨性别间的操作，光学计量学，光学计量，光学通知等。[1]。人工光学的实现直到2018年才到期[2，3]，而光学天空的追求开始可以追溯到Maxwellian和Kelvin的时代，如图1。Skyrmions Concept的历史是与希腊神话英雄奥德赛的回家旅程相似的。这个故事一直可以追溯到科学家揭示电磁主义的过去。受磁性的卷曲场特性的启发，麦克斯韦认为电磁性应具有旋转起源，并提出了一种以太涡流模型来得出电子磁通剂的方程[4]。之后，开尔文勋爵（Lord Kelvin）进一步提出了一个基于沉浸在以太海中的旋转空灵涡流的结[5]。在1870年代，关于开尔文的Vor-Tex Atoms模型进行了巨大的辩论。Maxwell是漩涡原子爱好者，他在其有影响力的百科全书Bri-Tannica文章“ Atom”中宣传了该模型。对手像鲍尔茨曼一样说，该模型缺乏方程式有效性的任何证据。大约60年后，如图1所示，物理学家的一般利益从原子变为亚原子。结回到舞台上，它被Skyrme用来描述核[6，7]。尽管接受了随着电子和nu clei的发现，涡流原子假说终于被放弃了，而这些结的吸引人的特征，包括离散性和不可分割性，从未被忘记，而结的概念和结的想法则催生了一个关键的现代物理学概念，在现场理论中具有关键的现代物理学概念。在Skyrme的图片中，质子和神经膜被描述为拓扑结的缺陷，在三组分的亲亲田（Skyrmions）中引起了激发。结的数量曲折或结的曲折等于核中核子的数量。和Skyrmions，也正确预测了某些核状态。与开尔文的涡旋原子假设不同，核中的天空基于与倾斜相互作用的非线性场理论。和非线性相互作用在物理上保证除了拓扑原因外，天际在扰动下是稳定的。
课程和教学大纲（2024-25）
1。理解波浪和电磁波的现象。2。了解量子力学的原理。3。将量子机械思想应用于亚原子域。4。感谢激光及其类型的基本原理。5。使用光电设备设计典型的光纤通信系统。模块：1波概论7小时的波 - 在弦上 - 弦上的波动方程（派生） - 谐波波 - 在边界处波的反射和波传输 - 站立波及其特征征的波 - 带分散的波 - 波的叠加 - 波和傅立叶方法（定性） - 波数据 - 波数据 - 波数据 - 相位velocity and opep velocity and ofers velocity and ofers velocity and ofers velocity and ofers velocity and ofers velocity and velocity。模块：2电磁波7小时的差异 - 梯度和卷曲 - 表面和体积积分 - 麦克斯韦方程（定性） - 电流密度的连续性方程 - 自由空间中的电流电流 - 电磁波方程 - 自由空间中的平面电波 - 自由空间 - Hertz的实验。Module:3 Elements of quantum mechanics 7 hours Need for Quantum Mechanics: Idea of Quantization (Planck and Einstein) - Compton effect (Qualitative) – de Broglie hypothesis - justification of Bohr postulate - Davisson-Germer experiment - Wave function and probability interpretation - Heisenberg uncertainty principle - Gedanken experiment (Heisenberg's microscope) - Schrödinger wave等式（时间依赖和时间独立）。纤维在医学中的应用 - 内窥镜检查。模块：4量子力学的应用6小时的特征值和限制在一维盒中的粒子的特征功能 - 纳米物理学的基础 - 量子约束和纳米结构 - 隧道效应（定性）和扫描隧道显微镜。模块：5个激光器6小时激光特性 - 空间和时间相干性 - 爱因斯坦系数及其意义 - 人口反演 - 两个，三个和四个级别的系统 - 泵送方案 - 阈值增益系数 - 激光的组件 - 激光器-He -Ne，ND：YAG和COR 2 LASERS和2 LASERS和他们的发动机应用。模块：6光纤中EM波的传播5小时5小时的光纤通信系统简介 - 通过光纤传播 - 接受角度 - 数值孔径 - V -参数 - 纤维类型 - 衰减 - 分散性 - 实现 - 内模态和插入室。Module:7 Optoelectronic devices 5 hours Introduction to semiconductors - direct and indirect bandgap – p-n junction, Sources: LED and laser diode, Photodetectors: PN and PIN Module:8 Contemporary Topics 2 hours Guest lectures from Industry and, Research and Development Organisations Total Lecture hours: 45 hours
量子计算机简介
量子计算机简介 Priyanshi Kotlia 1、Janmejay Pant 2 1 研究学者，Graphic Era Hill 大学，德拉敦，北阿坎德邦，印度 2 计算机科学系，Graphic Era Hill 大学，比姆塔尔，北阿坎德邦，印度 1 电子邮件：priyanshikotlia585[at]gmail.com 2 电子邮件：geujay2010[at]gmail.com 摘要：自去年以来，计算机减少了人类的努力并且其性能日益提高。量子计算机是基于称为量子力学的现象执行计算的计算机。它是我们现在使用的经典计算、物理学和数学的融合。他们通过整合这些领域进行的计算被称为量子计算。量子计算机基于微观粒子（如离子、光子、电子、质子、中子等）进行计算，这些粒子最终会提供极高的计算能力和其他优势，例如与我们至今仍在使用的传统计算机相比，量子计算机的耗电量更少，我们将在同一篇论文中简要讨论这一点。在本文中，我们将简要介绍量子计算机、它的历史、它的计算所基于的属性、它的优点和缺点、它的局限性、它在现实世界中的应用、传统计算机和量子计算机之间的区别以及它面临的挑战，最后我们总结一下它的未来发展方向。 关键词：量子计算、实时应用、属性、未来发展方向、隐形传态 1.量子计算机简介 量子计算机基本上是基于量子力学特性的计算机，量子力学特性由薛定谔波函数方程 [1] 描述。这是一个数学方程，它描述了当原子内部的电子具有波动性时，电子在特定时间在空间中的位置和能量，并告诉我们这些波是如何受到外部环境的影响的。这个外部环境就是系统汉密尔顿量，它以数学方式描述了原子内任何电子或亚原子粒子所受到的力 [2]。所以，要建立一个量子系统，我们需要通过将其与自己的外部环境隔离来对其环境进行研究 [3]。自去年以来，我们注意到传统计算机或我们现在使用的计算机在尺寸、成本、功耗、效率等方面发生了许多变化。与早期的计算机相比，今天的计算机体积小巧、成本低廉、耗电量少、效率更高，而早期的计算机体积大、成本高、用户不友好、耗电量大、效率低下 [4]。这些变化是由于其中使用的电子设备造成的，以前这些设备的尺寸非常大，而现在这些设备变得越来越紧凑，直接或间接地专注于我们的计算。电子电路的尺寸现在已经达到了极限，我们无法再缩小它了，如果缩小它[5]，它只能缩小到一个原子的大小，如果我们这样做，它们就会开始传送，因为原子不稳定，它会从一个状态移动到另一个状态，或者我们可以让原子同时存在于多个位置，并处理该原子的状态，经典计算机架构和
什么是能源工作表
能量是我们每天依靠的物理科学的重要组成部分。此工作表旨在帮助五年级的学生了解它。学生将首先阅读一段内容丰富的文章，突出了能源的重要性。然后，它们将与相应的能量类型的插图匹配。工作表涵盖了能量的各个方面，包括电势，动力学，热，化学，电气，核等不同来源。根据物理学，能量是做某事的能力，并且具有许多与运动相关的形式。例如，运动中的对象具有动能，而弓形或弹簧等拉紧的设备由于其组成而包含势能。核能来自原子核内的亚原子颗粒。不能创建或破坏能量，但可以改变形式。人们使用能量进行日常活动和工作，例如将存储在煤炭和天然气中的化学能转化为电能。此工作表是向学生传授不同类型的能量及其应用的引人入胜的方式。注意：我已经删除了不必要的内容，并保持文本的原始语言完整。可再生能源是从自然来源衍生出的，这些能源以比消耗更快的速度补充的天然来源。这些来源包括阳光和风，它们不断更新自己。到处都是丰富且可访问的，可再生能源为传统化石燃料提供了许多好处。通过利用可再生能源，我们可以大大减少温室气体的排放并减轻气候危机。从化石燃料到可再生能源的过渡对于可持续的未来至关重要。可再生能源不仅提供清洁能源，还可以降低其使用相关的成本。许多人认为可再生能源是一种尖端的技术，但是利用自然能量的概念已经存在了几个世纪，在古老的习俗中很明显，例如利用风和阳光用于加热，运输和照明。世界正在逐渐向更可持续的能源转移，这是由于解决全球不确定性和改善生活质量的需求所带来的。可再生能源在为基本电器，运输，通信设备和医疗机械的动力供电中起着至关重要的作用，最终增强了人类的福祉。能量传输是通过包括工作在内的各种机制进行的，其中来自移动物体的动能被转移到固定物体中，从而导致运动或状态变化。这种现象强调了能量的动态性质及其在维持其总数的同时在对象之间转换的能力。能量转移：学生能量的教学挑战可能是教学生的复杂主题。要克服这一挑战，教师应开发引人入胜的教材，以帮助学生可视化基本能量转移。使用日常示例和简单的语言可以帮助理解。通过书籍，电影，歌曲或棋盘游戏等各种资源来鼓励问题和探索至关重要。三种形式的能源工作表可以进一步巩固理解。认识到可再生，潜在和化学能量在日常生活中的重要性，包括它们在应对气候变化中的作用，可以使学习更加相关和有意义。
科学 2024 财年国会预算论证......
注意：- 2023 财年资金未反映核能办公室向科学办公室转移的 2000 万美元，用于核设施运营和维护橡树岭国家实验室。概述科学办公室 (SC) 的使命是提供科学发现和重大科学工具，以改变我们对自然的理解，促进美国的能源、经济和国家安全。SC 是美国最大的联邦物理科学基础研究赞助商，也是支持国家能源未来基础科学研究的主要联邦机构。SC 通过支持以下方面完成其使命并推进国家目标： 科学前沿——探索自然的奥秘，从研究构成宇宙物质和其中一切的基本亚原子粒子、原子和分子到构成生命基础的 DNA、蛋白质和细胞。SC 中的每个项目都支持探究最基本学科问题的研究。 21 世纪科学工具 — 为国家研究人员提供 28 个最先进的国家科学用户设施，这些设施是现代科学最先进的工具，通过创新推动美国走在科学、技术开发和部署的最前沿。 能源和环境科学 — 为推动能源和环境部门的使命而奠定知识基础，以促进发现和创新。 SC 支持从单个首席研究员到大型团队活动的各种资助模式，以从事能源生产、转换、存储、传输和使用以及我们对地球系统的理解的基础研究。 SC 是美国科学发现和创新企业的公认领导者。几十年来，SC 在基础研究和支持性研究能力方面的投资和成就为新技术、企业和行业奠定了基础，为国家经济、国家安全和生活质量做出了重大贡献。 SC 项目促成的精选科学成就在项目预算说明中进行了描述。有关最近科学发现的更多描述，请访问 https://science.osti.gov/Science-Features/Science-Highlights。2024 财年申请中的亮点和重大变化 2024 财年 SC 申请为 88.004 亿美元，比 2023 财年颁布的水平增加 8.6%，以实现政府的目标，推动美国科学技术 (S&T) 实现大胆、变革性的飞跃，打造一支多元化的未来劳动力队伍，并确保美国在未来几代人中继续保持全球科技领先地位。2024 财年申请支持基础科学研究的平衡研究组合，探讨以下领域的一些最基本问题：高能、核能和等离子体物理；材料和化学；生物和环境系统；应用数学；下一代高性能计算和模拟能力；同位素生产；以及推动新加速器和能源技术发展的基础研究。该申请增加了对政府优先事项的投资，包括气候变化和清洁能源的基础研究，包括为 SC Energy Earthshots 提供额外资金，并加速聚变开发以支持商业聚变能源大胆十年愿景计划。SC 申请根据 CHIPS 和科学法案的授权建立了新的微电子科学研究中心。SC 申请还促进在国内建立关键同位素供应链，以减少美国对外国供应的依赖并提高美国的恢复力。SC 通过接触新能源科学劳动力 (RENEW) 和加速包容性研究资助 (FAIR) 计划加大力度支持服务不足的社区。该请求继续支持国家量子信息科学（QIS）研究中心的基础研究和早期开发，通过系统、理论、硬件和软件之间的垂直整合来加速 QIS 的发展。额外的量子相关研发支持
2023
2023 年 2 月 11 日星期六 总统研讨会 上午 8:00 - 下午 12:00 海洋宴会厅 5-12 总统研讨会： 主席：哥伦比亚大学 Elizabeth Olson 本次研讨会旨在传达耳朵的基本奇妙之处，以及耳朵和大脑如何共同提供我们的听觉。了解健康耳朵和听觉大脑的运作是理解声音感知如何失效的关键。会议以物理学家 Christopher Shera 关于耳蜗敏感性思想的历史发展的演讲开始。耳蜗动态处理专家 Karl Grosh 将回顾耳蜗力学。Laurel Carney 将讨论耳蜗动力学如何影响神经对声音（包括语音）的反应。Raymond Goldsworthy 将讨论人工耳蜗的历史如何促成现代设备的出现。患有听力损失的作曲家 Richard Einhorn 将讨论他与听力损失的经历，并分享他对现代助听器和个人声音放大系统的了解。最后，黛巴拉·图西将介绍听力损失对全球的影响以及为改善可及性所做的努力。听力是交流的基础。听力损失的影响以及听力修复的影响是深远的。这次研讨会是对这段历史的一次快速回顾 — — 从历史到基础，再到可以、应该和可以做些什么来解决听力健康问题。耳朵、眼睛和 ARO：不同时代的耳蜗功能 Christopher Shera，南加州大学 内耳的耳蜗将空气传播的压力波转换成神经冲动，大脑将其解释为声音和语音。耳蜗是一种蜗牛形状的电液机械信号放大器、频率分析仪和换能器，具有令人惊叹的性能特性，包括对亚原子位移的灵敏度和微秒级的机械响应时间；跨越三个数量级频率的宽带操作；以及 120 dB 的输入动态范围，对应信号能量的百万倍变化。所有这些并非采用最新的硅技术，而是依靠自我维持的生物组织实现的，而生物组织大部分是咸水。耳朵是如何做到的？本演讲将回顾我们认为了解的一些耳蜗工作原理，以及这些想法和 ARO 是如何随着时间而变化的。耳蜗力学综述 Karl Grosh，密歇根大学 哺乳动物的耳蜗对传入的声学信号进行实时时频分析，并将该信息传输到大脑进行处理。正常听力依赖于该器官的机械、电和声学（流体）域精心协调的三部分响应。哺乳动物耳蜗的外毛细胞 (OHC) 是主动过程的纽带，这些过程产生了非线性、生物学上脆弱的耳蜗响应允许声音的感觉和系统在百万倍的激励水平变化下存活。然而，实现这一结果的生物机电反馈控制算法仍未完全理解。在本次演讲中，我们将回顾耳蜗的基本结构功能关系以及将这些基本构建块（例如 OHC 电动性和 OHC 毛束机电转换）转化为生理驱动的完整数学模型的过程。我们将介绍建模的基本挑战，包括三维线性和非线性模型的有效时域模拟。我们讨论并举例说明（通过数值实验）可以改变和研究生物物理相关的模型元素的方式，以解决耳蜗生物物理学的核心问题，例如躯体运动在耳蜗放大中的作用、声发射中的可能流体路径以及耳蜗中的基本非线性。这些实验的最终目标是确定
高能物理的量子计算
1 欧洲核子研究中心 (CERN)，CH-1211 日内瓦，瑞士 2 CQTA，德国电子同步加速器 DESY，Platanenallee 6，15738 Zeuthen，德国 3 塞浦路斯研究所基于计算的科学技术研究中心，20，Constantinou Kavafi str.，2121 尼科西亚，塞浦路斯 4 IBM Quantum，IBM Research – 苏黎世，8803 R¨uschlikon，瑞士 5 塞浦路斯大学物理系，PO Box 20537，1678 尼科西亚，塞浦路斯 6 IBM Quantum，IBM Research - 1101 Kitchawan Rd，Yorktown Heights，NY，美国 7 LBNL 物理部门 - M/S 50A5104 1 Cyclotroner Rd Berkeley，CA，美国 8 德国电子同步加速器 DESY，Notkestrasse 85, 22607 汉堡，德国 9 亚琛工业大学，Templergraben 55, 52062 亚琛，德国 10 TIF 实验室，Dipartimento di Fisica，米兰大学和 INFN Sezione di Milano，意大利米兰 11 柏林洪堡大学物理学研究所，牛顿海峡15，12489 柏林，德国 12 ⟨ aQa L ⟩ 应用量子算法，莱顿，荷兰 13 橡树岭国家实验室物理分部，橡树岭，田纳西州，37831，美国 14 奥维耶多大学科学学院计算机科学系，33007，阿斯图里亚斯，西班牙 15 莱布尼茨汉诺威大学理论物理研究所，30167 汉诺威，德国 16 德国联邦物理技术研究院，38116 不伦瑞克，德国 17 跨学科研究领域“物质构建模块和基本相互作用”（TRA Matter）和亥姆霍兹辐射与核物理研究所（HISKP），波恩大学，Nußallee 14-16，53115 波恩，德国 18 大学理论物理研究所因斯布鲁克大学，6020 因斯布鲁克，奥地利 19 奥地利科学院量子光学与量子信息研究所，6020 因斯布鲁克，奥地利 20 德国慕尼黑大学物理系和阿诺德索末菲理论物理中心 21 德国慕尼黑量子科学与技术中心 22 洛桑联邦理工学院（EPFL）物理研究所，CH-1015 洛桑，瑞士 23 巴黎萨克雷大学，CNRS/IN2P3，IJCLab，91405 奥赛，法国 24 约克大学物理与天文系，加拿大安大略省多伦多，M3J 1P3 25 帕多瓦大学物理与天文系，V. Marzolo 8, I-35131 帕多瓦，意大利 26 INFN - Sezione di Padova，Via Marzolo 8，35131 帕多瓦，意大利 27 Nikhef – 国家亚原子物理研究所，科学园 105，1098 XG 阿姆斯特丹，荷兰 28 马斯特里赫特大学引力波与基础物理系，6200 MD 马斯特里赫特，荷兰 29 东京大学国际基本粒子物理中心 (ICEPP)，7-3-1 本乡，文京区，东京 113-0033，日本 30 IBM Quantum，IBM 德国研究与开发有限公司 - Schoenaicher Str. 220，71032 Boeblingen，德国 31 巴斯克地区大学 UPV/EHU 物理化学系，Box 644，48080 毕尔巴鄂，西班牙 32 多诺斯蒂亚国际物理中心，20018 多诺斯蒂亚-圣塞瓦斯蒂安，西班牙 33 EHU 量子中心，巴斯克大学 UPV/EHU，PO Box 644，48080 毕尔巴鄂，西班牙 34 IKERBASQUE，巴斯克科学基金会，Plaza Euskadi 5，48009 毕尔巴鄂，西班牙 35 特伦托大学物理系，via Sommarive 14, I–38123, Povo, 特伦托，意大利 36 INFN-TIFPA 特伦托基础物理和应用研究所，via Sommarive 14, I–38123，特伦托，意大利 37 Instituto Superior T´ecnico，Dep. F´ısica，葡萄牙里斯本 38 先进材料物理与工程中心 (CeFEMA)，Instituto Superior T´enico，葡萄牙里斯本， 39 材料与新兴技术物理实验室 (LaPMET)，葡萄牙 40 费米国家加速器实验室，Kirk and, Pine St, Batavia, IL 60510, USA 41 Instituut-Lorentz, Universiteit莱顿, PO Box 9506, 2300 RA Leiden, 荷兰
量子物理学的基本原理
量子物理学将我们对小世界的理解倒闭，就像拼图插入到位一样。出生于20世纪初期的突破，这项激进科学有助于我们掌握原子和亚原子尺度上发生的事情。它的思维弯曲原则吹走了古典思想和催生的创新，具有深厚的哲学意义。一个关键概念是波颗粒二元性：像电子这样的粒子可以是波和粒子。这种怪异是由阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）弄清楚Light的粒子侧时首先发现的，而Louis de Broglie则表明，即使颗粒也可以像波浪一样行为。这模糊了粒子和量子水平的波之间的界线。量化是另一个至关重要的想法 - 某些物理价值（例如能量）仅在离散的块中。Max Planck首先提出了这个概念，当他通过建议能量出现在称为Quanta的数据包中，从而解决了黑体辐射问题。后来，Niels Bohr将其应用于原子，显示了电子如何在特定能级之间跳跃。海森伯格不确定性原则指出，我们不知道两种属性，例如位置和动力，同时具有无限的精度。这种破坏了古典的决定论，将固有的不确定性引入量子世界。这就像试图查明超速弹 - 您可以接近，但永远不会钉住它。最后，叠加让量子系统一次在多个状态下，直到我们对其进行测量。想象一下同时在两个地方做两件事！这种基本财产支撑着许多量子物理学对现实最令人惊讶的主张。（注意：原始文本是用偶尔的拼写错误重写以遵守指定概率的。）物理学家对微小颗粒在量子水平上的行为着迷，在量子水平上，发生了奇怪的现象和隧道的发生。量子力学表明这些颗粒存在于多个状态，直到观察到，并且测量行为本身会影响其性质。这是通过诸如双缝测试之类的实验证明的，在观察时粒子的行为不同。量子场理论试图在一个框架内统一所有基本力量，从而揭示了物质和能量之间的复杂舞蹈。**纠缠**纠缠是一种奇怪的现象，其中颗粒被连接起来，在巨大的距离上瞬间相互影响。这违反了时空的经典思想，并被称为“远处的怪异动作”。纠缠粒子用于加密和计算等量子技术，从而提出了有关信息传输限制的深刻问题。**观察者效应**观察者效应突出了观察与现实之间的相互作用。在实验中，当观察到与未观察到的，具有挑战性的经典观念时，粒子的行为可能会有所不同，即现实独立于测量。量子力学表明，观察行为本身在塑造量子系统的性质中起作用。**量子隧道**量子隧道允许粒子穿过由于波浪状的行为而在经典上是无法克服的障碍。这种现象是许多物理过程和技术（包括核融合和电子设备）的基础。**互补原理**互补原理指出，量子实体具有双重特性 - 例如波浪状和粒子样行为 - 无法同时观察到。这个概念调解了量子力学中明显的矛盾，强调了对多种观点完全理解量子现实的需求。**量子场理论**量子场理论将量子力学扩展到场，提供了描述自然基本力量的统一框架。通过探索物理和能量之间的复杂舞蹈，物理学家继续揭开量子世界的奥秘。量子场理论（QFT）是基于粒子物理学标准模型的理论框架，从基础领域的粒子行为提供了全面的解释。QFT揭示了这些场的激发粒子是如何通过交换携带力的粒子（例如电磁力的光子）和强核力量的振动而相互相互作用的。通过众多实验，QFT已实现了已得到广泛确认的精确预测。量子力学的原理，包括波粒二元性，能量的量化和不确定性原理，构成了现代物理的基础。对量子物理学的这种基本理解重塑了我们对微观世界的理解，揭示了一种以深远的相互联系，概率和丰富现象为特征的现实，这些现象挑战了古典直觉。这些概念驱动了技术创新，例如半导体，激光器和量子计算机。对量子力学的持续研究继续推出对宇宙基本本质的新见解，既推动了科学进步又推动哲学探究。探索量子原则不仅加深了我们对物理定律的理解，而且还扩大了人类的知识和技术能力。本课程是本科量子物理序列的第一部分，引入了量子力学的基本原理。它涵盖了一维和三维设置中量子物理学，波浪力学和Schrödinger方程的实验基础。材料探索了诸如潜在井，谐振传播，散射和中心电位之类的主题。本课程基于Zwiebach的教科书“掌握量子力学”（2022），该课程对该主题提供了全面的处理。演讲与亚当斯课程（2013）的覆盖深度和关注特定主题的不同之处。两个课程涵盖了类似的材料，但它们具有不同的观点和问题集。注意：我应用了“写为非母语说话者（NNE）”的重写方法来维持原始含义和音调，同时将语言调整为非本地人英语说话者的水平。
电力的导体和绝缘体列表
分类为电导体的材料具有有效携带或运输电流的能力，而由于内部电子的移动有限，绝缘子无法这样做。电子流经物质的易于性主要取决于它们可以轻易地经过其原子和原子核的方式。铁和钢等材料是示例性的导体，而玻璃和塑料等物质的电导率较差。价电子在电导传导中的作用不能夸大；这些最外面的电子与他们的父原子松散结合，并且可以相对容易从其位置移开。易于获得或损失电子的无机材料通常显示高电导率，而有机分子由于将它们固定在一起的强共价键而倾向于绝缘。有趣的是，某些材料可能会根据其组成而表现出不同水平的电导率；例如，纯净水是一种绝缘子，但脏水在某种程度上导致电力。添加杂质或与其他元素掺杂可以显着改变材料的电导率。在电导体中，由于普通条件下的高电导率，银是最好的。然而，它对破坏的敏感性和随后降低电导率的氧化物层的形成不可忽视。相反，经常在需要电流控制的应用中使用强大的绝缘子，例如橡胶，玻璃和钻石。某些材料在极低的温度下成为超导体。材料的形状和大小在确定其电导率水平方面也起着至关重要的作用；较厚的碎片通常表现出比较薄的电导性能更好。此外，温度波动会影响电导率水平，而温度通常会导致材料内的电子迁移率提高。大多数材料根据温度和其他因素表现出不同水平的电导率。凉爽的金属通常是好的导体，而热金属的效率往往降低。传导本身有时会改变材料的温度。在导体中，电子自由流动而不会损害原子或引起磨损。但是，移动电子确实会遇到阻力。因此，流经导电材料的电流会加热它们。金属和等离子体通常是好的导体，这是由于其价电子的移动性。绝缘子通常由有机分子组成，主要由牢固的共价键组合在一起，使电子很难流动。掺杂或杂质等因素也会影响电导率，如纯净水是绝缘体，但由于自由浮动离子而导致的盐水。所有材料都可以根据表1。表1：导体，绝缘体和半导体特性铜是一个众所周知的导体，以最小的对立传递电流。橡胶是一种绝缘子，通常用于涂上用于电动工作的工具手柄。van de Graaff在1930年代。需要极高的电压才能迫使橡胶进入传导。石墨，一种碳的形式，用作半导体，限制了给定电压产生的电流量。在本文中，我们探讨了导体，绝缘体和半导体的一些特征。导体导体是一种对电子流（电流）几乎没有反对的材料。由于其电阻较低，因此通过它产生电流所需的能量很少。最好的导体具有最低的电阻，使其非常适合传输电流。一个原子的价壳决定其电气特性，其价值壳电子和单位体积原子的数量影响电导率。绝缘子绝缘子是具有极高电阻的材料，可防止电流流动。例如，电源线上的绝缘材料可防止电流在接触时到达您。一些元素，例如霓虹灯，是天然绝缘体。用于保护技术人员的常见绝缘子包括橡胶，特氟龙和云母等化合物。正如预期的那样，导体和绝缘子具有相反的特性，绝缘子具有完整的价壳，单位体积的原子很少。半导体的任何表现出导体和绝缘子之间中间电导率的元素都可以视为半导体。半导体：当面对明显的电阻时，导体和绝缘子铜之间具有耐药性的材料最小的对立变得显而易见。当原子紧密相互作用时，它们的能级堆在一起。等式1实现了两个主要目的：它使我们能够计算利息并揭示利息价值及其变量之间的关系。例如，等式1说明$ r = \ rho \ frac {l} {a} $，证明电阻与电阻率，长度和与横截面面积成反比成正比。此外，温度由于温度系数而影响导体的电阻率，导体随着温度的升高而升高。回顾问题概述了导体，绝缘体，半导体的定义，并解释了电导率如何由价电子和原子密度确定。电阻率定义为特定材料体积的电阻，通常以CMIL-ω/FT或ω-CM单位测量。导体表现出正温度系数，表明随着温度升高的耐药性增加。这种基本的理解将材料根据电导率的电导率分类为导体，绝缘体和半导体。例如，如果两个原子连接，则与单个原子相比，相邻能级的数量将是两倍。随着越来越多的原子融合在一起，这种模式继续存在，形成了多个层次的集群。在固体中，许多原子会产生大量的水平，但是大多数高能级均融合到连续范围内，除了根本不存在的特定差距。这些没有级别的区域称为带隙。电子占据的最高能量簇被称为价带。这种现象用于保护与保险丝的电路。导体具有部分填充的价带，具有足够的空位，使电子可以在电场下自由移动。相比之下，绝缘子完全填充了其价带，并在其之间留下了很大的差距。这个较大的间隙可防止电子移动，除非有足够的能量越过。半导体在价和传导带之间的差距较小。在室温下，由于热能，价带几乎已经满，导致某些电子转移到传导带中，它们可以在外部电场下自由移动。Valence带中留下的“孔”表现就像正电荷载体。温度较高的材料倾向于增加对电流的抵抗力。例如，5°C的温度升高可提高铜的电阻率2％。相反，由于电子在传导带中的填充水平升高，绝缘体和半导体的电阻率降低，它们可以在外部电场下移动。价和导带之间的能量差会显着影响电导率，较小的间隙导致温度较低的电导率较高。分子由于放射性元件和宇宙射线的辐射而分离为离子，使大气导电中的某些气体产生。电泳根据颗粒在电解溶液中的迁移率分离。欧姆加热会在电流流过电线时，如电线或灯泡所示。电阻器中消散的功率由p = i^2r给出。但是，在某些材料中，由于碰撞而导致的能量损失在低温下消失，表现出超导性。发生这种情况是因为电子会失去对声子的能量，但是在超导体中，通过电子和材料之间的复杂量子机械相互作用来阻止这种能量损失。常用的超导体是一种niobium and Titanium合金，它需要冷却至极低的温度才能表现出其性质。在较高温度下发现超导性能彻底改变了各个领域，从而实现了液氮而不是昂贵的液态氦气。这一突破为电力传输，高速计算等中的应用铺平了道路。12伏汽车电池展示了如何通过化学反应或机械手段来利用电动力。Van de Graaff Generator是Robert J.由于其概念上的简单性，这种类型的粒子加速器已被广泛用于研究亚原子颗粒。该设备通过将正电荷运送到绝缘输送带上的正电荷从基部到导电圆顶的内部，在那里将其移除并迅速移动到外面。带正电荷的圆顶会产生一个电场，该电场排斥额外的正电荷，需要工作以保持传送带的转动。在平衡中，圆顶的电势保持在正值下，电流从圆顶流向地面，并通过在绝缘带上的电荷运输均衡。这个概念是所有电动力来源的基础，在该源中，在单独的位置释放了能量以产生伏特细胞。一个简单的示例涉及将铜和锌线插入柠檬中，从而在它们之间产生1.1伏的电势差。“柠檬电池”本质上是一个令人印象深刻的伏特电池，能够仅产生最小的电力。相比之下，由类似材料制成的铜锌电池可以提供更多的功率。此替代电池具有两种溶液：一种含有硫酸铜，另一种含硫酸锌。氯化钾盐桥通过电气连接两种溶液。两种类型的电池都从铜和锌之间电子结合的差异中得出了能量。能量，从电线中取出游离电子。同时，来自电线的锌原子溶解为带正电荷的锌离子，使电线具有多余的自由电子。这会导致带正电荷的铜线和负电荷的锌线，该锌线被盐桥隔开，该盐桥完成了内部电路。一个12伏铅酸电池由六个伏特电池组成，每个电池串联连接时大约产生大约两个伏特。每个细胞都具有并行连接的正极和负电极，为化学反应提供了较大的表面积。由于材料经历化学转换的速度，电池会递送更大的电流。电池电位为1.68 + 0.36 = 2.04伏。在铅酸电池中，每个伏电池都包含纯海绵状铅和氧化铅的正电极的负电极。将铅和氧化铅溶解在硫酸和水中。在正电极下，反应为PBO2 + SO -4- + 4H + + 2e-→PBSO4 + 2H2O +（1.68 V），而在负末端，它是Pb + SO -4-→PBSO4-→PBSO4 + 2e- +（0.36 V）。通过汽车发生器或外部电源为电池充电时，化学反应会反转。60Ω电阻连接到电动力。字母A，B，C和D是参考点。源将点A保持在电势12伏高于点D，从而导致VA和VD之间的12伏的电势差。由于点A和B通过具有可忽略的电阻的导体连接，因此它们具有相同的电势，并且点C和D具有相同的潜力。因此，整个电阻的电势差也为12伏。可以使用欧姆定律计算流过电阻的电流：i = va -vd / rb。代替给定值，我们得到i = 0.2安培。可以使用等式（22）：p = i^2 * R计算热量中消散的功率。插入值，我们得到p = 0.04瓦。当热量来自电动力源时消散的能量。该源在将电荷DQ从点d到点A移动的工作中所做的工作由dw = dq *（va -vd）给出。电池传递的功率是通过将DW除以DT获得的，导致P = 2.4瓦。如果两个电阻串联连接，则等效电阻是个体电阻的总和：rab = r1 + r2。使用R1和R2的给定值，我们获得RAB =7Ω。并行连接两个电阻时，电荷具有从C到D流动的其他路径，从而降低了整体电阻。可以使用等式（20）：1/rcd = 1/r1 + 1/r2计算等效电阻的值。代替给定值，我们获得RCD = 1/0.7 =1.43Ω。在阻抗为2欧姆或5欧姆的情况下，值得注意的是，这些方程式可以相对轻松地适应多种电阻。
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物理定律被蚀刻到对称的画布上，定义了动态系统中的不变模式。但是，当对称性破碎时，基本定律也是如此，通常会导致戏剧性的转变。大爆炸是一个很好的例子，在该例子中，高度对称的状态被称为“假真空”，突然过渡到了一个较低的对称性之一，释放了一种通货膨胀的级联，该级联伴随着我们的宇宙。在早期的宇宙中，极端的热量和能量导致所有力融合到一个实体中 - 由最高对称性的统一拉格朗日描述，但理论上的物理学家完全掌握了。随着宇宙的扩展和冷却，这种对称性被打破，将统一的力分成两个不同的组（重力和电核）。随后的冷却导致对称性进一步崩溃，随着电核力量分为强大的核力量和电能力量，标准模型的Lagrangian失去了更多的对称性。最终，在大爆炸之后的一秒钟仅一秒钟，宇宙就足够冷却了，以使统一的电子周力粉碎到电磁力和弱核力量中。在每个阶段，都会发生自发对称性破裂，从而导致物理不变，并出现新的行为。物理学家长期以来一直研究了自发对称性破坏的现象，范围从结晶和相变到诸如Yoichiro Nambu提出的下原子模型等例子，他们在2008年获得了这一概念的诺贝尔物理学奖。新的平衡位置随着箍旋转的速度而出现。结晶发生时，当温度降低时，具有高平均局部对称性的分子的流体会突然过渡，从而在相对位置施加了较低对称的限制并导致有序的晶体结构。即使是固体晶体也可以经历相变，因为一个对称性比另一种对称性在能量上更有利，从而导致其结构变化。在力学中，用参数缓慢进化的潜在函数可以从一个对称开始，并过渡到另一个较低的对称性，可能导致由该功能控制的机械系统的行为不连续变化。在复杂的系统和混乱理论中，当某些参数不断变化时，行为突然的转移很常见，导致分叉 - 对控制参数的持续变化而发生的突然变化。分叉以各种形式出现，每个形式都带有描述性名称，例如干草叉，倍增，霍普夫和折叠分叉。干草叉分叉是一个模范的情况，随着参数的连续变化（水平轴），稳定的固定点变得不稳定，从而产生了两个新的稳定固定点，同时 - 类似于三个衬托的干草叉的形状（超级挑剔的干草店双面双面双面双面双面布置）。可以在简单的机械模型中观察到这种确切的现象，这些模型说明了...当稳定的固定点突然分成多个固定点，一个不稳定，而其他稳定的稳定点时，就会发生对称性破裂。一个简单的机械模型显示此现象是在旋转圆圈上滑动的珠子。该概念也与Coleman-Weinberg的潜力有关。当箍缓慢旋转时，珠子在其底部的平衡周围振荡；但是，随着离心力更快，它会导致珠子摆动到一侧或另一侧，从而产生两个新的稳定固定点。当自旋速率超过临界阈值时，会发生过渡，从而导致自发对称性断裂和干草叉分叉。通过整合角加速度，我们可以获得系统的有效潜力，该系统自然会随着自旋速率的增加而表现出干草叉分叉。当干草叉的底部处于平衡状态时，振荡的固有频率基本平坦，频率为零。以下一定的过渡阈值，扩展加速度表达式揭示了固有频率。随着有效电势会变得更平整，自然振荡频率会降低，直到其在过渡自旋频率下消失为止。要找到这些新频率，请在新的平衡点附近扩展θ，这是一个谐波振荡器，具有角度频率，可以上升以匹配箍的自旋速率。这个过程与经历相变的铁电晶体中的自发对称性破裂相似。自发对称性破坏是一个过程，其中对称态的系统自发过渡到不对称状态。可以在运动方程或拉格朗日表现出对称性的系统中观察到这种现象，但是最低的能量真空溶液没有。当系统塌陷成这些真空溶液之一时，即使整个拉格朗日保留了对称性，对称性也会破坏该真空周围的扰动。自发对称性破坏需要在对称转换（例如翻译或旋转）下保持不变的物理定律。例如，如果在两个不同位置处的测量值具有相同的概率分布，则可观察到的可观察到的转换对称性。在自发的对称性破坏中，这种关系被破坏了，而潜在的物理定律保持对称。相反，当考虑具有不同概率分布的结果时，就会发生显式对称性破坏。缺乏旋转对称性的电场的引入明确打破了旋转对称性。的阶段，例如晶体和磁铁，可以通过自发对称性破坏来描述，但值得注意的例外包括拓扑阶段，例如分数量子霍尔效应。通常，当自发对称性破裂发生时，多个可观察的特性会同时改变。例如，当液体变为固体时，密度，可压缩性，热膨胀系数和比热可能会发生变化。考虑一个向上的圆顶，底部有一个槽。如果将球放在峰值上，则系统在其中心轴旋转下是对称的。但是，球可以通过滚入槽（最低能量点）来自发打破这种对称性。圆顶和球保留了他们的对称性，但是系统不再具有对称性。在理想化的相对论模型中，可以通过说明性标量场理论总结自发对称性破坏。相关的Lagrangian分为动力学和潜在术语：l = ∂μx∂μϕ -V（ϕ）。在这个潜在的术语中，对称性破裂发生。由Jeffrey Goldstone引起的潜力的一个示例由V（ϕ）= -5 | ϕ |^2 + | ϕ |^4给出。对于0和2π之间的任何真实θ，该电位具有由ϕ =√（5/2）E^（iθ）给出的无限数量的最小值（真空状态）。该系统还具有与φ= 0相对应的不稳定真空状态，该状态具有u（1）对称性。系统落入特定的稳定真空状态（构成θ的选择）后，该对称性似乎会丢失或“自发损坏”。该理论的基态打破了对称性，表明无质量的Nambu -Goldstone玻色子，代表了Lagrangian中原始对称性的记忆。[6] [7]对于铁磁材料，空间旋转是不变的。在居里温度下方，磁化点朝着一定方向，使残留的旋转对称性不间断。描述固体的定律在欧几里得组下是不变的，但由于位移和方向顺序参数，自发分解为空间组。一般相对论的洛伦兹对称性被FRW宇宙学模型中的平均4速度场打破了，类似于宇宙微波背景。电动模型在其温度下经历了相变，在该温度下，希格斯字段充当阶参数破坏量规对称性。超导体的集体场ψ可以打破电磁量规对称性。最初在旋转下最初对称的薄塑料杆在屈曲后变为不对称，但通过其旋转模式保留了圆柱对称性的特征，代表Nambu -Goldstone Boson。（1967）。无限平面上的均匀流体层的对称性是由于温度梯度而形成的对流。旋转圆形箍上的珠子最初将保持静止，但是随着旋转速度的增加，它将开始沿特定方向移动，说明了各种物理系统中对称性的自发破坏。在旋转箍的底部，有一个平衡点，重力电势是稳定的。随着箍旋转的速度，这一点变得不稳定，珠子跳到了中心两侧的两个新均衡之一。最初，系统是对称的，但是在传递临界速度之后，珠子沉降到这些新点之一，打破了对称性。两个气球实验表明，当两个气球最初均等地膨胀时，自发对称性破裂，然后随着空气从一个流向另一个气流而放气。在粒子物理学中，量规对称性预测，某些测量值在田间的任何位置都相同。例如，方程可能预测相等的夸克质量。但是，求解这些方程可以产生不同的解决方案，反映出对称性的崩溃。这种现象称为自发对称性破坏（SSB）。早期宇宙的不同区域的对称性可能有所不同，导致拓扑缺陷如域壁和宇宙弦。自发对称性破坏可以通过产生不必要的单脚架来为大统一理论（肠道）带来挑战。手性对称性破坏是SSB影响粒子物理中强相互作用的一个例子。量子染色体动力学的这种特性解释了核子和常见物质中的大部分质量，将光夸克转化为较重的成分。在此过程中，亲尼是近似的Nambu-Goldstone玻色子，其质量比核子的质量轻得多。手性对称性破裂是希格斯机构的原型，这是电动对称性破坏的基础。希格斯机制和自发对称性断裂是错综复杂的，特别是在仪表对称的领域，这实际上代表了描述对称性的冗余。这个概念在理解金属的超导性和粒子物理标准模型中粒子的起源方面起着至关重要的作用。然而，必须注意，由于Elitzur的定理指出，“自发对称性破坏”一词在某种程度上具有误导性。相反，在应用量规固定后，可以以类似于自发对称性破坏的方式破坏全局对称性。区分真实对称性和规格对称性的一个重要结果是，由于量规对称性的自发断裂对量规矢量场的描述，导致无质量的NAMBU-GOLDSTONE玻色子吸收。此过程提供了巨大的矢量场模式，类似于超导体中或在粒子物理学中观察到的媒介模式。在粒子物理的标准模型中，SU（2）×u（1）与电脉力相关的su（2）×u（1）仪表对称性的自发对称性破坏会为各种粒子产生质量，并区分电磁和弱力和弱力。W和Z玻色子是介导弱相互作用的基本颗粒，而光子介导电磁相互作用。在100 GEV以上的能量下，所有这些颗粒的行为都类似。然而，根据温伯格 - 萨拉姆理论，在较低的能量下，这种对称性被损坏，因此光子和巨大的W和z玻璃体出现。此外，费米子始终如一地发展质量。没有自发的对称性破坏，基本粒子相互作用的标准模型必须存在几个颗粒，但是某些粒子（W和Z玻璃体）然后将被预测是无质量的，与观察到的质量相矛盾。为解决这一点，希格斯机制增强了自发对称性破裂，以使这些颗粒质量质量。这也表明存在一个新粒子Higgs Boson，该粒子在2012年被检测到。金属中的超导性用作Higgs现象的凝结物类似物，其中一组电子对电子对自发打破了与光和电磁相关的U（1）量规对称性。动态对称性破坏（DSB）代表一种自发对称性破坏的一种特殊形式，与其理论描述相比，系统的基态具有降低对称性的特性。全局对称性的动态破坏是由于量子校正而不是在经典树级别而发生的一种自发对称性破坏。然而，动态规格对称性破裂更为复杂，不涉及不稳定的希格斯粒子，而是涉及系统的结合状态，提供了促进相变的不稳定场。物理学家Hill和Lindner发表了研究，该研究通过使用由顶式夸克制成的复合粒子探索了标准希格斯机制的替代方法。这个概念是复合HigGS模型的一部分，其中复合粒子充当希格斯玻色子。动态破裂通常与诸如夸克冷凝物等费米子冷凝物有关，而在超导性中，声子促进了对成对结合的电子，从而导致电磁仪表对称性破坏。大多数阶段可以通过自发的对称性破裂来解释，就像在所有翻译或磁体下都不是在特定方向方向取向的磁体的晶体。其他示例包括列液晶和拓扑排序的状态，例如分数量子厅液体。但是，也已知无法通过自发对称性破裂描述的系统，包括拓扑秩和自旋液体。这些状态保留了初始对称性，但具有不同的特征。铁磁性是自发对称性断裂的主要例子，在一定温度下，能量在磁化倒置下保持不变，但随着外部磁场接近零，能量会破裂。自发对称性阶段的特征是阶参数描述了打破所考虑的对称性的数量。这种崩溃不可避免地伴随着与阶参数的缓慢，长波长波动相关的无间隙nambu-goldstone模式，例如晶体中的声子或磁体中的自旋波。在一维系统中，发生对称性破坏。根据Mermin和Wagner的定理的说法，这些无质量的金石模式在恒定的速度下传播，并在有限温度下被热波动破坏。量子波动防止在零温度下的一维系统中大多数类型的连续对称性破裂，除了其顺序参数保守且没有量子波动的铁磁体。其他远程相互作用系统可能会破坏翻译和旋转对称性。对称的哈密顿量导致无限体积极限的手性构型破坏了镜面对称性。自发对称性破坏需要一个具有多种可能结果的系统，在采样时，它们是整体对称的，但在整体上是对称的，但在采样时会产生特定的不对称状态。这种“隐藏的对称性”具有至关重要的形式后果，并且与金石玻色子有关。在具有对称对称组的理论中，当组的一个元素不同而没有指定哪个成员时，就会发生自发对称性破裂。顺序参数概念是物理理论中的关键，其中对称性下的期望值不变表示有序的相位和断裂的对称性。除非涉及希格斯机制，否则这可能会导致无质量的金石玻色子。在1964年，物理学家Yoichiro Nambu和Makoto Kobayashi因其在亚原子物理学和对称性破坏方面的工作而获得了诺贝尔物理奖的一半。他们的发现揭示了强烈的相互作用如何打破对称结构，从而导致粒子（例如夸克和胶子）的产生。研究论文，例如Chen等。（2010）和Kohlstedt等。（2010）和Kohlstedt等。奖项的另一半因发现CP（指控和平等）对称性在薄弱的互动中被授予Toshihide Maskawa。这一发现对我们对粒子物理学的理解有影响，尤其是与希格斯机制有关。对称性破裂是物理学中的一个基本概念，描述了某些对称性如何在不同的物理系统中丢失或扭曲。它已经在各个领域进行了广泛的研究，包括量子力学，冷凝物质物理学和宇宙学。研究人员探索了对称性破坏了各种机制，例如自催化反应，灾难理论，手性对称性破坏和HIGGS机制。这些理论旨在解释对称性如何在不同的情况下破裂或扭曲，从而阐明了自然的基本定律。近年来，研究人员继续探索对称破坏的概念，并研究了诸如大统一理论，量规重力理论和宇宙弦之类的主题。对对称性破裂的研究仍然是研究的活跃领域，其驱动到其潜力揭示了对宇宙基础结构的新见解的潜力。在包括物理学在内的各个科学社区中，已经对自发对称性破坏的概念进行了广泛的研究。（2007）分别探讨了其对量子纠缠和手性的影响。诺贝尔物理学奖2008颁发给对该领域做出重大贡献的研究人员。史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）等学者在诸如Cern Courier等出版物中的意义反映了其重要性。Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble机制是自发对称性破坏的基本概念，该概念是Guralnik等人最初引入的。该理论已被广泛应用于量规理论，并且是众多研究的主题，包括在《国际现代物理学杂志》中发表的A.自发对称性破坏对我们对宇宙的理解具有深远的影响，其研究仍然是一个积极的研究领域。