項(xiàng)目名稱：確定暗能量狀態(tài)方程和精靈（Quintom）模型

研究工作時(shí)間：2000.01-2006.12

完成人：張新民

成果登記編號(hào)：9112008J0044

成果摘要：自1998年，天文觀測(cè)進(jìn)一步證實(shí)了大爆炸宇宙學(xué)模型，同時(shí)對(duì)物理學(xué)提出了一些重大的挑戰(zhàn)。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明，粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中的物質(zhì)只占宇宙的4%，而73%是暗能量，另外23%是暗物質(zhì)。暗能量是當(dāng)今物理學(xué)和天文學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目研究暗能量及相關(guān)的宇宙學(xué)CPT破壞問(wèn)題。

表征暗能量性質(zhì)的重要量是狀態(tài)方程參數(shù)w=P/ρ。例如，對(duì)于宇宙學(xué)常數(shù)w=-1；對(duì)于動(dòng)力學(xué)模型Quintessence（精質(zhì)），w隨時(shí)間而變，但是永遠(yuǎn)大于-1；對(duì)于Phantom（幽靈），永遠(yuǎn)小于-1。2004年，我們?cè)趪?guó)際上首次提出了一類新的模型，命名為Quintom（精靈）。此論文獲得首屆中國(guó)卓越研究獎(jiǎng)（Thomson Scientific Research Fronts Award 2008）。Quintom模型的特征是w可以穿越-1，為現(xiàn)有的觀測(cè)數(shù)據(jù)所支持并預(yù)言了一種全新的宇宙演化圖景。我們的論文2005年初發(fā)表之后在國(guó)內(nèi)外掀起了研究w越過(guò)-1的暗能量模型的熱潮。根據(jù)Slac-Qspires的檢索統(tǒng)計(jì)，此文至今引用282次，另外四篇有關(guān)Quintom的論文分別引用了139次、187次、114次和96次。

基于天文觀測(cè)數(shù)據(jù)（CMB+LSS+SN）開展數(shù)值計(jì)算、整體擬合分析來(lái)確定w是解開暗能量之謎的首要方法。CosmoMC是通用的一個(gè)軟件包，但由于當(dāng)w越過(guò)-1時(shí)，暗能量擾動(dòng)方程存在奇異性，CosmoMC不能用來(lái)確定隨時(shí)間變化的w。我們基于Quintom理論首次提出了一個(gè)處理動(dòng)力學(xué)暗能量擾動(dòng)的自洽方法，此論文入選《第一屆中國(guó)百篇最具影響優(yōu)秀國(guó)際學(xué)術(shù)論文》。然后我們修改了CosmoMC，并用這一新的程序?qū)?SPAN lang=EN-US>w做了整體擬合和分析。我們的結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)暗能量的物理本質(zhì)有重要的指導(dǎo)意義。

2002年，我們?cè)趪?guó)際上首次提出了一個(gè)統(tǒng)一暗能量及Baryo-/Leptogenesis的模型。此模型預(yù)言了CPT對(duì)稱性的破壞。2006年我們?cè)趪?guó)際上首次用美國(guó)WMAP衛(wèi)星和BOOMERanG南極氣球?qū)嶒?yàn)發(fā)表的最新數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)CPT對(duì)稱性破壞的跡象。美國(guó)物理協(xié)會(huì)周刊《Physical Review Focus》為此作了專題報(bào)道。在以"Testing a Universal Symmetry"為標(biāo)題的報(bào)道中，充分肯定了我們的工作："the Chinese team has performed "a nice measurement""。

項(xiàng)目名稱：Psi(3770)和D介子物理研究

研究工作時(shí)間：2003.01-2007.12

完成人：榮剛、張達(dá)華、陳江川、麥迪娜、馬海龍、趙明剛、劉健、

成果登記編號(hào)：9112008J0045

成果摘要：利用改進(jìn)的北京譜儀(BES-II)在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)質(zhì)心系能量Ecm=3.773 GeV附近采集的數(shù)據(jù)，BES-II實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)psi(3770)衰變到非-DD-bar末態(tài)的衰變模式：psi(3770)--> J/psi pi+pi-。利用這些數(shù)據(jù)樣本，BES-II實(shí)驗(yàn)組還首次測(cè)量了psi(3770)-->DD-bar衰變的總分支比約為85％，確定約15％的psi(3770)衰變到了非DD-bar末態(tài)。BES-II還精密測(cè)量了psi(3770)共振參數(shù)(質(zhì)量，總寬度和輕子寬度)，在DD-bar對(duì)產(chǎn)生閾能附近，精密測(cè)定了反映總強(qiáng)子產(chǎn)生的R值，反映連續(xù)輕強(qiáng)子產(chǎn)生的Ruds，在實(shí)驗(yàn)中首次正確地測(cè)定Ruds，從而首次明確肯定了在這一能區(qū)微擾QCD理論計(jì)算的正確性。

  BES-II實(shí)驗(yàn)組還精密地測(cè)定了D0-->K- e+ v和D+-->K^0-bar e+ v的分寬度，其結(jié)果判定：在D介子的遍舉半輕子衰變中同位旋守恒仍然成立。從而解決了存在了30年的“在D介子的遍舉半輕子衰變中同位旋不守恒之疑難”。BES-II實(shí)驗(yàn)組利用D0-bar-->K- e+ v，pi- e+ v衰變過(guò)程測(cè)定了弱作用衰變過(guò)程的CKM矩陣元和強(qiáng)子流的形狀因子，其結(jié)果為發(fā)展格點(diǎn)QCD理論計(jì)算作出了貢獻(xiàn)。

項(xiàng)目名稱：納米材料的健康效應(yīng)與安全性

完成工作時(shí)間：2001.07-2008.06

完成人：趙宇亮、陳春英、邢更妹、王海芳、孫紅芳、豐偉悅、柴之芳、劉元方、

成果登記編號(hào)：9112008J0043

成果摘要：納米技術(shù)的一個(gè)基本特征，是研究和發(fā)展小尺寸（1-100納米，也包括數(shù)百納米）的新材料、新性能、新原理、新的加工技術(shù)和由此制造的具有復(fù)雜功能的器件和產(chǎn)品。由于小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和巨大比表面積等，納米材料具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。在進(jìn)入生命體后，它們與生命體相互作用所產(chǎn)生的生物活性與化學(xué)成分相同的常規(guī)物質(zhì)有很大不同：比如一些人造納米顆粒容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，容易把其他物質(zhì)帶入細(xì)胞內(nèi)，納米顆粒表面吸附力很強(qiáng)，即使很小劑量也容易引起靶器官炎癥，產(chǎn)生氧化應(yīng)激，納米表面的輕微改變會(huì)導(dǎo)致生物效應(yīng)發(fā)生巨變等。容易進(jìn)入細(xì)胞的納米顆粒，它們對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生什么影響？一些人工納米顆粒具有自組裝能力，它們?cè)谏矬w內(nèi)是否也會(huì)自組裝生長(zhǎng)成不同的特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響？是否具有調(diào)節(jié)或干擾生命過(guò)程的能力？小于100 nm的顆粒物的特殊毒理學(xué)行為和機(jī)制是由于納米特性導(dǎo)致的，不能簡(jiǎn)單套用傳統(tǒng)毒理學(xué)方法來(lái)研究納米物質(zhì)生物安全性問(wèn)題。因此研究工作難度很大。必須在現(xiàn)有的方法上考慮納米特性，發(fā)揮多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì)，才能在這一前沿科學(xué)問(wèn)題上取得突破，獲得在科學(xué)上產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)而重大影響的原創(chuàng)新性成果。

納米安全性問(wèn)題既是科學(xué)前沿，也直接事關(guān)國(guó)家利益。美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問(wèn)在美國(guó)政府召開的納米安全性會(huì)議上說(shuō)："納米產(chǎn)品的安全性，將成為影響我國(guó)納米技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。保障納米科技的健康可持續(xù)發(fā)展，是保持我們科技領(lǐng)先地位的國(guó)家戰(zhàn)略"。中國(guó)是納米材料的生產(chǎn)大國(guó)。因此，除了在基礎(chǔ)科學(xué)上取得突破以外，我們也必須搶先建立納米毒理學(xué)的分析方法，率先提出各種納米材料的安全指標(biāo)，為我國(guó)培養(yǎng)和建立一支在國(guó)際上有重大影響的納米安全領(lǐng)域的高水平專業(yè)隊(duì)伍。

項(xiàng)目名稱：BEPCII正電子源研制

研究工作時(shí)間：2002.12-2007.12

完成人：裴國(guó)璽、孫耀霖、劉晉通、劉玉成、池云龍、劉念宗、楊興旺、

成果登記編號(hào)：9112008Y0544

成果摘要：北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程（BEPCII）是一臺(tái)高性能、高亮度、粒子工廠類型的加速器，由200米長(zhǎng)電子直線注入器和240米雙儲(chǔ)存環(huán)組成，其對(duì)直線注入器的基本要求就是正電子束流1.9GeV、37mA以滿足每分鐘大于50mA的注入速率。因此，正電子源是直線加速器一個(gè)很關(guān)鍵的系統(tǒng)或設(shè)備。經(jīng)過(guò)廣泛的國(guó)際交流和調(diào)研，最終采用SLAC（美國(guó)斯坦福直線加速器中心）型的正電子源，其核心部件是正電子轉(zhuǎn)換靶室，由靶體、匹配磁號(hào)和真空室組成?？蓴[動(dòng)水冷鎢靶體的驅(qū)動(dòng)裝置采用偏心圓渦輪結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單、可靠，是我們新創(chuàng)。匹配磁號(hào)是10厘米無(wú)氧銅棒用線切割加工成帶錐度的螺線管，12匝，匝間距0.2毫米，上繞12匝帶水冷的導(dǎo)線，以15kV、12kA、10微秒的半正旋脈沖電流激勵(lì)產(chǎn)生4.5T到0.5T的漸變軸向磁場(chǎng)，加工難度很大，由我們和北京數(shù)控加工中心聯(lián)合攻關(guān)完成。真空室的設(shè)計(jì)要考慮到高真空、高壓絕緣、抗輻射、便于安裝等。另外，高性能加速管和7米、0.5T的聚焦結(jié)構(gòu)也很關(guān)鍵。該裝置于2004年加工完成，同年10月安裝到加速器上，所有性能均到達(dá)或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)近3年的運(yùn)行，證明BEPCII正電子源研制是成功的。該裝置造價(jià)約800萬(wàn)，進(jìn)口需1千萬(wàn)美元（意大利從美國(guó)的購(gòu)買價(jià)），為國(guó)家節(jié)省了大量經(jīng)費(fèi)。國(guó)外實(shí)驗(yàn)室已有意向向我們訂購(gòu)。

項(xiàng)目名稱：BEPCII對(duì)撞區(qū)雙孔徑四極磁鐵Q1a和Q1b的研制

研究工作時(shí)間：2002.01-2007.12

完成人：尹兆升、吳英志、張嘉菲、陳楚、于程輝、陳宛、李英杰、李藜、尹寶貴、任芳林、孫獻(xiàn)靜、陳福三、王放安、侯銳、

成果登記編號(hào)：9112008Y0545

成果摘要：BEPCII是北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）的重大改造工程，是國(guó)家基礎(chǔ)型大科學(xué)工程之一。雙孔徑四極磁鐵Q1a和Q1b是BEPCII對(duì)撞區(qū)主要設(shè)備之一。

（1）雙孔徑常規(guī)四極磁鐵在技術(shù)上是一種創(chuàng)新。世界第一臺(tái)常規(guī)雙孔徑四極磁鐵Q1a經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、精心制造和精心實(shí)驗(yàn)研究，攻克了一系列的技術(shù)難點(diǎn)，取得了成功。

（2）Q1a設(shè)計(jì)是在空間窄小的限制下進(jìn)行的，它很好地解決了好場(chǎng)區(qū)范圍大兩個(gè)孔徑間距小而磁場(chǎng)質(zhì)量要求高的難題。面對(duì)不得不使用極高電流密度、磁鐵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線圈導(dǎo)體位置精度嚴(yán)格、"短"磁鐵和不對(duì)稱鐵心結(jié)構(gòu)等技術(shù)難點(diǎn)，分別采用有效、合理的技術(shù)措施。

（3）在使用極高電流密度情況下，解決了線圈水冷和快速過(guò)熱保護(hù)問(wèn)題。

（4）采用自主研究的諧波墊補(bǔ)技術(shù)，有效地減小了高階磁場(chǎng)含量，Q1a的磁場(chǎng)性能很好地滿足了使用要求。

采用這種雙孔徑四極磁鐵解決了BEPCII對(duì)撞區(qū)設(shè)備繁雜和空間緊張的關(guān)鍵難題。

項(xiàng)目名稱：高精度小型正電子發(fā)射斷層掃描儀

研究工作時(shí)間：2004.01-2005.12

完成人：魏龍、單保慈、張?zhí)毂?、章志明、李道武、孔偉、李可、李琳、陳亞微、王艷萍

成果登記編號(hào)：9112008Y0546

成果摘要：Eplus-166小動(dòng)物正電子發(fā)射斷層掃描儀是我國(guó)自主研制的第一臺(tái)小型動(dòng)物正電子發(fā)射斷層成像掃描儀。其探測(cè)器直徑達(dá)166mm，動(dòng)物入口直徑達(dá)160mm，最大徑向FOV為120mm，軸向FOV為66mm，徑向位置分辨率和軸向位置分辨率均優(yōu)于2mm，可用于嚙齒類及小型靈長(zhǎng)類動(dòng)物的研究。

Eplus-166小型動(dòng)物正電子斷層成像掃描的探測(cè)器探測(cè)器系統(tǒng)由32個(gè)探測(cè)器模塊組成，探測(cè)器采用閃爍晶體陣列耦合位置靈敏型光電倍增管的方案，每個(gè)晶體陣列由16×16的1.9mm×1.9mm×10mm的LYSO晶體組成。

電子學(xué)系統(tǒng)由32個(gè)4通道模擬電路單元、16個(gè)8通道數(shù)據(jù)采集電路單元、1個(gè)數(shù)據(jù)符合電路、1個(gè)時(shí)鐘電路以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠纸M成。前置放大器采用了低噪聲技術(shù)，提高了系統(tǒng)的成像質(zhì)量；數(shù)據(jù)采集電路由采用流水線工作方式；數(shù)據(jù)符合采用FPGA技術(shù)；數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制