兰州大学引力研究方向源于上个世纪五六十年代段一士教授等关于弯曲时空中Dirac方程和广义相对论中守恒定律的研究工作。目前该方向有教授3人(刘玉孝、邓剑波、魏少文),副教授5人(任继荣、王永强、赵力、杨捷、Morgan Le Dilliou)。研究方向主要包括高维时空引力、黑洞物理、全息原理、引力波与宇宙学等。近年来在以下几个方面取得了具有代表性的研究成果:
(1)刘玉孝等给出了额外维与膜世界中各种物质场的局域化和质量谱,提出了利用双中子星产生的引力波和电磁对应体来检验额外维的新方法;
(2)魏少文与刘玉孝提出了黑洞的微观结构与“黑洞分子”假说,发现了黑洞系统存在三相点等丰富的热力学性质;
(3)王永强与合作者发现高温超导中各种有序态与超导态之间的复杂交织结构(引力全息对偶的应用)。
相关成果发表在PRL、RRD、JHEP等杂志上,被国内外同行广泛引用和跟进。
目前,兰州大学已形成了以强子物理与重味物理研究为主要研究方向的粒子物理研究团队,团队成员包括:张肇西院士、刘翔教授、于福升教授、刘占伟副教授、孙志峰副教授和李培荣研究员。兰州大学粒子物理研究团队是一支老中青结合的队伍,也是目前活跃在强子物理与重味物理研究前沿的一支重要的国内力量。团队成员取得了一系列具有重要国际影响的研究成果:
(1)张肇西院士系统研究了粒子物理标准模型中非常重要的Bc介子,解决了 Bc介子的产生问题,推动了相关理论研究,并对实验发现和观测Bc介子做出了明确的预言,在Bc介子的发现和后续实验研究中起到了重要作用,并利用Bc介子研究中取得的经验,已推广到有关联,实验尚未发现的双重味重子Ξcc的研究,推动了Ξcc的实验发现;
(2)在多夸克物质研究方面,刘翔与合作者通过开展系统深入的理论工作,提出了具体寻找隐粲四夸克物质和隐粲五夸克物质的理论建议。随后,相关实验跟进,相继发现这些多夸克物质。尤其需要特别指出的是,LHCb实验组最近在“Rencontres de Moriond QCD conference”发布了Pc(4312)、Pc(4440)和Pc(4457)的实验结果,给出了刘翔与其合作者在2012年预言的“分子态类型”的隐粲五夸克态的存在的有力证据。
(3)于福升与合作者分析指出双粲重子衰变的一个过程具有最大分支比且易于实验探测的优势,这成为实验发现双粲重子的最佳选择。LHCb实验正是通过该过程首次探测到双粲重子,该发现可以加强对物质结构和强相互作用本质的理解,因此首次探测到双粲重子。入选了由科技部组织评选的“2017年度中国科学十大进展”并位列第三。
上述所列的这些代表性研究成果集中体现了理论与实验紧密结合的特点,是理论指导实验的典范,也体现了我们团队成员在强子物理与重味物理方面的丰富研究经验和扎实的研究实力。这些都为我们继续在这个方向开展深入的研究,并取得具有重要国际影响力的研究成果奠定了良好的基础。
一直以来,我们团队在学术交流方面是非常活跃的。每年我们团队成员多次受邀在国内外重要学术会议上做特邀报告,此外,我们也与国内外同行保持着密切的学术联系,并邀请同行来兰州大学开展学术交流。在2018年我们发起并顺利举办了“第一届强子与重味物理理论与实验联合研讨会”。这些都为我们在搭建强子与重味物理理论与实验联合研究学术交流平台打下了良好的基础。
该团队具有厚重的研究基础,其前身是由汪志诚教授和王顺金教授分别领导的两支科研团队。汪志诚教授是国内最早开展量子光学研究的学者之一,他在上世纪80年代对双光子激光的研究成果被收录于协同学创始人——哈肯教授的《激光动力学》一书。王顺金教授在上世纪90年代系统性地开展人造量子系统动力学研究,他所提出的《量子系统动力学对称性研究与代数动力学》获得1998年教育部科技进步二等奖。
目前团队主要成员安钧鸿教授主要开展开放量子系统的退相干控制和周期性驱动系统非平衡量子相变研究,研究结果得到广泛认可,部分结果引领了相关研究的发展。从能谱角度建立了开放和周期性驱动两类量子系统束缚态形成对动力学深刻影响的统一框架,建立了极化光子对低品质腔输入-输出过程的Faraday旋转描述,其被广泛应用于量子信息处理方案中。
上世纪50年代,以杨正先生为主的科研团队率先在国内开展磁学研究,兰州大学磁学专业建立。2000年,教育部磁学与磁性材料教育部重点实验室在兰州大学成立。研究方向主要包括:强关联电子系统与高温超导、量子磁性、自旋电子学、密度矩阵重正化群算法与应用、第一性原理计算等。近年来具有代表性的研究成果有:
(1)2004-2006年在PRL 上发表《Anderson杂质系统的Fano共振》(2004)、《高温超导铜氧化物的超流响应》(2005)和《磁电耦合的微观机制 》(PRB 2006 引用111次;PRB 2007引用110次)等;
(2)2008年房铁峰等人发表《自旋-轨道耦合量子点的Kondo效应》(PRL ),2010年贾成龙等人在PRL 上发表《Kondo晶格的反铁磁相变》;
(3)2013年召开全国磁性理论会议。2013年《石墨烯的Kondo效应》(NJP 2013)是年度研究的亮点;陶琨等人也发表了《单个自旋的STM控制》(PRL 2011);
(4)2017年,承办彭桓武理论物理论坛。罗洪刚等人发表了《量子拉比模型的极化子图像》(PRL 2017);
(5)2018年,贾成龙等人发表《自旋动力学的电场调控》(PRB(R))。罗洪刚等,自然科学基金重点项目, 混合量子系统:量子多体问题的构筑单元(2018);钟寅发表outstanding reviewer award for New Journal of Physics in 2018;
(6)2019年,贾成龙等人发表Twisted-magnon的拓扑性质及其应用 (Nature Communication)实现了自旋波信息输运的高效率精确控制。
经典复杂系统:非线性与复杂性研究在兰州大学理论物理方向具有30多年的历史。早在上世纪八十年代中期,顾雁老师(现在中国科技大学)就在兰州大学开创了非线性动力学方面的研究,对兰州大学非线性方向的建立起到了奠基性作用。之后,顾雁、汪映海、赵鸿、王矫、严洁等对于符号动力学、混沌控制进行了深入研究,处于国内研究前列。进入新世纪前后,赵鸿、陈勇等对于神经网络动力学开展了创造性研究;同时赵鸿、杨磊、李海滨、张勇等人在低维热传导问题做了大量国际领先水平的科研工作。2002年起,汪映海教授带领小组成员对针对复杂性科学前沿,对复杂网络结构、动力学与功能的相互依赖与耦合演化进行了深入研究。目前有教授3人(吴枝喜、黄亮、杨靖),副教授2人(关剑月、俞连春)。
量子复杂系统:国内量子混沌研究始于上世纪80年代末,徐躬耦、顾雁等老一辈学者做了开创性工作。上世纪90年代,杨孔庆教授带领罗洪刚、柳飞等在几何量子化与非线性动力学的结合方面做了一定的探索。黄亮教授2010年回国在兰大组建研究团队,2012年兰州大学与亚利桑那州立大学和阿伯丁大学成立联合研究中心,2016年全职引进B. Dietz教授,组建超导微波实验室,模拟复杂量子系统。团队成员与国际一流专家学者开展频繁的学术交流活动,组织举办量子混沌年度研讨会,取得了具有一定影响力的科研成果。目前在该方向有在职教授2人(黄亮、B. Dietz),硕士博士研究生十余人。