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       2024年9月27日《物理评论快报》(Physical Review Letters)正式在线发表了基于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上底夸克物理实验(简称LHCb实验)开展的带电B介子衰变到带电D*D介子对和带电K介子末态的分波分析结果，发现了新的（类）粲偶素的贡献，为理解强相互作用提供了关键信息。论文被物理评论快报选为编辑推荐文章。该成果由我校粒子物理实验团队联合清华大学等团队共同完成，国科大博士研究生(2015级国科大本科)蒋艺在钱文斌教授、吕晓睿教授和郑阳恒教授联合指导下做出主导性贡献。

图 1.（类）粲偶素粒子衰变到D*^±D^∓末态时的电荷(C)宇称关系

       强相互过程中存在一系列寿命非常短的共振态粒子，这些粒子只能通过衰变产生的末态进行研究。50年前丁肇中等人因发现J/ψ粒子获得1976年诺贝尔奖，而J/ψ粒子即是由一对正反粲夸克组合而成的粲偶素粒子。粲偶素谱学处于强相互作用微扰和非微扰的过度区域，对于强相互作用的研究具有重要意义。近年来，物理研究中发现的多个具有奇特性质的类似粲偶素的共振态粒子（例如Zc和Zcs粒子），同样内部包含正反粲夸克，但也包含其它夸克的贡献，这一类共振态粒子被称为类粲偶素。除了包含正反粲夸克的类粲偶素外，更一般的具有奇特性质的奇特态粒子也往往和粲偶素有着深刻的关联。粲偶素相关能区的研究受到学界的广泛关注。

       国科大粒子物理实验团队分析了LHCb实验在第一期(2011-2012)和第二期(2015-2018)采集的质子质子对撞实验数据，对其中的带电B介子衰变到D*^±D^∓K⁺末态的数据首次进行了联合分波分析研究，首次发现了新的（类）粲偶素粒子 h_𝑐 (4000)、 𝜒_𝑐1(4010) 和 h_𝑐 (4300)的存在，并确定了其自旋宇称，测量了其质量和宽度。该研究首次利用了D*⁺D^-K⁺和D*^-D⁺K⁺两种衰变末态中（类）粲偶素粒子衰变到的D*⁺D^-和D*^-D⁺的电荷(C)宇称关联性，通过联合拟合确定了新粒子的C宇称。此外，研究在新的产生过程上证实了之前LHCb实验发现的T_cs0^*(2870)⁰和T_cs1^*(2900)⁰奇特态粒子的存在。该研究成果为强子产生机制和内部结构的相关理论提供重要的实验依据。   

图 2. 两个衰变道质量谱的拟合结果以及相应共振态的贡献

       分波分析是研究多体末态的重要方法，但及其复杂且需消耗大量的计算资源及时间，国科大粒子物理实验团队为了更好地应用分波分析，降低分波分析的门槛，提高分波分析的效率，开发了TF-PWA分波分析工具。该工具同样由蒋艺主导开发，本研究正是基于该工具完成。目前该框架已经被众多同行采用，取得了一系列重要成果。

       本研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院以及中国科学院大学科研项目的大力支持。

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       二维非晶碳是碳材料家族的一种新型同素异形体。与石墨烯的周期性蜂窝结构不同，单原子层的非晶碳由五、六、七元碳环无序拼接而成。研究人员此前通过化学气相沉积方法在非平衡条件下成功制备了该材料，并发现非晶结构可显著调控碳材料的导电性和机械强度等物理性能。

       虽然化学气相沉积被广泛用于制备石墨烯及其衍生材料，但其高温条件不利于异质原子在碳原子网络中的稳定掺杂。相比之下，液相聚合方法在高分子化学合成被广泛采用，该方法条件温和，前驱体选择多样。然而，在液相聚合中，反应中间体构象多变且存在复杂的立体相互作用，因此使用液相聚合法难以获得具有二维拓扑结构的产物。

       为此，中国科学院大学周武教授、国家纳米科学中心裘晓辉研究员与北京航空航天大学郭林教授、刘利民教授、清华大学谷林教授等组成的研究团队发展了一种利用纳米尺度二维限域模板进行小分子聚合的液相合成策略，成功制备了氮元素掺杂的单原子层非晶碳材料。该方法利用层状模板的限域作用，将自由基中间体的聚合过程限制在二维平面内，最终形成了五、六、七元环共存的二维无序网络结构。

       利用低电压扫描透射电子显微镜技术，研究团队精确解析了碳原子和氮原子在二维非晶碳网络中的分布，证实了氮原子成功嵌入碳原子组成的平面网络中，并确认了氮掺杂浓度可达9%。通过第一性原理计算，研究团队进一步揭示了该材料的形成机制，发现受限空间中的化学反应模式发生了显著变化。光学和电学性质测试表明，该材料具有p型半导体特性，为研究原子掺杂对二维非晶碳材料的电子局域化现象的影响提供了独特的实验平台。该项工作在二维聚合物限域合成领域迈出了重要一步，为未来开发性能优越的二维非晶材料提供了新途径。

       该研究成果以“Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon”为题，于2024年9月25日在《Nature》杂志在线发表。北京航空航天大学博士生白秀辉、副研究员胡鹏飞、博士生张有玮、薛宇峰、中国科学院大学博士生李昂、李傲雯、国家纳米科学中心副研究员张光杰为论文共同第一作者。北京航空航天大学郭林教授、刘利民教授、国家纳米科学中心裘晓辉研究员、中国科学院大学周武教授、清华大学谷林教授为论文的通讯作者。清华大学李亚栋院士对该工作提供了宝贵的建议和帮助。

       该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国科学院大学电子显微学实验室、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京高校卓越青年科学家计划等项基金的支持。

氮掺杂单原子层非晶碳材料的原子尺度结构分析及氮原子的化学成像分析。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07958-0

媒体报道：

【光明日报】氮掺杂单原子层非晶碳的可控液相合成方法

       为深入了解我国“两弹一星”事业的辉煌历程和背后无数科学家的奉献精神，2024年10月13日15:30，物理科学学院2024级303&304党支部联合20240303团支部一同前往位于中国科学院大学雁栖湖校区的中国科学院与“两弹一星”纪念馆开展主题党团日活动。物理科学学院2024级303&304党支部党员与20240303团支部团员参加本次活动。

       走进纪念馆，首先映入眼帘的是人物展。纪念馆通道两侧陈列着“两弹一星”功勋奖章获得者包括于敏先生、钱三强先生、王淦昌先生，邓稼先先生等人的生平及简介，它生动地展现了“两弹一星”事业背后那些默默奉献的科学家的风采。讲解员深入浅出地为同学们讲解“两弹一星”功勋奖章获得者的生平以及他们为中国的“两弹一星”事业所做出的杰出贡献。钱三强先生在异国他乡依然怀有强烈的爱国情怀，决然选择回国，致力于推动我国科技的发展；邓稼先先生放弃在美国的前途为了祖国依然选择回国，为中国第一颗原子弹和第一颗氢弹的成功引爆做出了巨大贡献；于敏先生提出了许多重要的理论模型和计算方法，帮助团队克服了技术难关，为了氢弹的成功引爆做出了杰出贡献等。这些事迹通过展板以及讲解员认真详细的介绍，生动地展现在同学们面前。

       结束了人物展的参观，同学们紧接着来到了事业展展厅。事业展主要包括“两弹一星”工程从开始研制到最后成功发射的时间轨迹，用历史上最真实的照片将研制“两弹一星”背后的故事展现出来。进入事业展，首先是习近平总书记的教诲：“两弹一星”精神激励和鼓舞了几代人，是中华民族的宝贵精神财富，一定要一代一代地传下去，使之转化为不可限量的物质创造力。

       事业展的第一部分是总体概况。这一部分主要讲述了为研制“两弹一星”，国家所做出的种种努力。按照历史时间顺序，从总体角度阐述中国科学院五十年代至七十年代初期，在“两弹一星”事业中参与的具体工作。同时，还介绍了中国科学院成立“581小组”和“651设计院”以及党中央大力加强人才培养的战略决策的背后故事。第二部分是原子弹、氢弹的研制并成功引爆的背后故事，第三部分主要是导弹运载火箭的介绍，同学们所处的雁栖湖校区就是以当时的怀柔基地为基础建立起来的。第四部分是有关于人造卫星的成功发射，它主要介绍了从卫星跟踪系统，卫星观测系统工作，卫星系列规划背后的故事。最后在观看关于“两弹一星”精神的短片之后，同学们结束了本次参观之旅。

       相信在不久的将来，作为国科大的青年学子，将会以自己的努力与智慧，追寻科学前沿的光辉足迹，续写我国科技发展的辉煌篇章。