2025 Regeneron ISEF大奖-PHY物理学和天文学获奖作品汇总-1 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-PHY物理学和天文学2025获奖作品方便学习

PHYS001 - 湍流腔室设计和神经网络

湍流是一种自然现象，也是许多其他领域（从恒星形成的天体物理学研究到气候变化建模）的基本原理。由于湍流的复杂性，理解其仍然是一个经典的物理问题。本项目的目标是设计、建造和测试一个用于统计湍流测量的新型零平均流室，并实现一个基于物理信息的神经网络 (PINN) 来改进湍流建模。据推测，PINN 将比传统的 NLEVM 和 LEVM 方法更准确地预测雷诺应力项。零平均流实验装置对于捕捉纯湍流特性和验证统计理论至关重要。该实验室利用 6 个对称分布的执行器和圆盘延伸部分来创建各向同性和各向异性的条件。开发了一种低成本粒子图像测速 (PIV) 系统，用于表征泰勒微尺度雷诺数高达 152 的湍流。一个重建雷诺应力张量并强制可实现性约束的 PINN 被应用于闭合问题。使用了 NASA 的二维收敛-发散通道流数据集。该神经网络结合了基于物理信息的损失函数、不变特征集和超参数敏感性研究。该腔室设计实现了接近零的平均流量条件，误差小于 1.5%。与地面实况相比，PINN 对雷诺应力的预测准确率高达 97%。这些成就凸显了 PINN 和新型腔室系统对湍流物理学未来发展，特别是在天体物理和环境应用领域的重要性。

PHYS003 - 气球载μ子通量研究

宇宙射线μ子是由高能宇宙射线与地球大气相互作用产生的，广泛应用于μ子层析成像技术。μ子层析成像技术是一种新兴的技术，用于对地质构造和核反应堆等致密结构进行成像。然而，精确的μ子通量和光谱测量对于改进这些应用至关重要。在1.3 GV的垂直截止刚度下，缺乏全面的大气μ子数据，因此需要进行专门的实验研究。\n\n本研究介绍了一种自行构建的闪烁探测器系统的开发和部署，用于测量大气μ子通量和角分布。该探测器（包括定制设计的电子设备）由高空气球发射，高度达到24公里。测量了μ子通量随高度的变化，成功识别出13.3公里处的Regener-Pfotzer最大值。地面实验提供了天顶分布数据，证实了预期的角度依赖性。此外，研究发现，探测器的光输出在其表面均匀分布，表明其缺乏空间分辨率。\n\n为了提取μ子谱，我们使用CORSIKA 8框架进行了蒙特卡罗模拟。反复调整各种参数，包括原始宇宙射线成分和大气条件，以最佳匹配测得的高度相关通量。FLUKA模型用于强子相互作用。一旦获得真实的通量分布，就可以从模拟中提取μ子动量谱。这些发现表明，闪烁探测器可用于推断μ子谱。这种方法提供了一种经济高效的替代方案，无需使用大型光谱仪即可获取用于μ子层析成像的μ子谱。

PHYS005 - 船舶尾流调查

在本研究中，我们探究了船舶尾流的形成和特性。长期以来，人们一直认为尾流角恒定且与船舶参数无关，但这一理论最近受到了质疑，其中最著名的质疑来自马克·拉博德和弗雷德里克·莫伊西，他们观察到的尾流角远小于开尔文角。通过涵盖各种重要参数的不同实验，我们获得了经典尾流角和窄尾流角两种情况。研究结果表明，我们的新理论与实验数据更加吻合，尤其是在弗劳德数（2.6-4.4）范围内。我们的模型在较低弗劳德数和较高弗劳德数下分别收敛于开尔文模型和拉博德-莫伊西模型，这证明了我们的理论是该领域先前建立的模型的更普遍的情况。

PHYS009T - 关于反气泡的新见解

简而言之，反气泡是与肥皂泡相反的物质。它们内部由近乎球形的流体构成，该流体与周围的流体（通常是相同的流体）之间由一层薄薄的空气隔开。由于这种结构，反气泡表现出一些有趣的物理特性，这些特性可以通过相当简单的方法进行研究。\n作为我们项目的一部分，我们使用一个可重复的实验装置来研究这些气泡的一些特性。在此过程中，我们也解决了一些以前未曾探索过的问题，并在此研究领域取得了新的成果。\n在我们的研究中，我们使用所谓的“吸管法”来生成反气泡。我们通过改造一台3D打印机，实现了这一生产方法的完全自动化。视频片段最初是使用“Tracker”手动分析的。后来，我们能够使用 Python 实现评估的自动化。\n我们的论文描述了反气泡的光学特性，并根据所需重力能量的下限分析了生成反气泡的最佳参数。\n此外，我们首次观察到了反气泡的振荡，它包含两个反相的衰减振荡，其频率取决于气泡的大小。我们还研究了反气泡的直径和下沉深度与形成参数的关系。\n通过考虑反气泡运动的力，我们开发了一种基于反气泡与周围液体密度差来计算空气层平均厚度的新方法。通过使用已知密度的木球，我们能够测试并验证我们的方法。\n因此，我们的研究在反气泡领域取得了新的发现。

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