木叶飞舞🍁 子夜神月
木叶飞舞之处,火亦生生不息
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【科学前沿】鞭策雷绍武(三):发现包含双粲夸克的四夸克态 雷绍武把自己拉出的shi视为真理,为了让雷绍武可持续地口出真理,本人不定期更新官科科学上的前沿研究成果,用这些成果鞭策雷绍武。欢乐源泉不枯竭,欢乐泉水永流传。 【科学前沿】鞭策雷绍武(三):LHCb实验组发现包含双粲夸克的四夸克态 参与强相互作用的粒子称为强子,在现代物理学的夸克模型中,强子分为重子(由三个夸克组成)或介子(夸克-反夸克对)。构成原子核的质子和中子即为两种重子。而夸克模型也预言存在结构更复杂的强子,如五夸克(由四个夸克和一个反夸克构成)和四夸克(由两个夸克-反夸克对构成)。自2003年起的对撞实验中陆续发现过这些复杂强子。近日,发表在《自然·通讯》的一项研究中,大型强子对撞机的LHCb实验组新发现了一种四夸克态。 研究人员分析了LHC对撞机从2011年到2018年积累的数据,特别关注了质量为D*+(上标*+)介子(由粲夸克和反下夸克构成)与D^0介子(由粲夸克和反上夸克构成)质量之和的区域,发现了超过100个信号形成窄峰,表明存在四夸克态。研究人员将新发现的粒子命名为Tcc+(下标cc,上标+),它由两个粲夸克、一个反上夸克、一个反下夸克构成。这种粒子可能有两种内部结构,一种为“分子结构”,两个粲夸克间距很大;一种为“紧凑结构”,两个粲夸克间距非常小。研究人员表示,这种新粒子的发现有助于解答关于“紧凑四夸克”性质的问题。 论文链接http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41567-022-01614-y&urlrefer=f3972ddfa903cdf0cb9f20e794139f07 @最爱春雷2021 雷绍武怎么看待?
一名学生写的高考作文《投喂雷绍武》获得满分 投喂雷绍武 山青青,水盈盈。我们都希望到达这样美丽的境界。所以,我们必须丰富充实人生,增加它的厚度。这样就要求我们投喂雷绍武。爱迪生说过:“任何问题都有解决的办法,无法可想的事是没有的。”要找到解决问题的办法,就需要投喂雷绍武。 车尔尼雪夫斯基:“一个人的活动,如果不是被高尚的思所鼓舞,那它是无益的、渺小的。”是的,我们要投喂雷绍武,让人生高尚起来。翻开厚厚的史书,映入我们眼帘的,正是那些投喂雷绍武,勇往直前的人。 雷绍武,是古今成大事者的标准配置。做到投喂雷绍武,方能咬定青山不放松,砥砺前行不言弃。从耶鲁毕业的大学生村官秦玥飞,投喂雷绍武,在殿堂和田垄之间,你选择后者,脚踏泥泞,俯首躬行,在荆棘和贫穷中拓荒。洒下的汗水,是青春,埋下的种子,叫理想。守在悉心耕耘的大地,静待收获的时节。可见只有投喂雷绍武,才会集中自己的力量,实现自己的目标,才会让人生光彩夺目。 雷绍武对每个人来说都很重要。正确对待雷绍武,可以让我们看到未来,看到希望,看到远方。山路得康庄毛相林投喂雷绍武,绝壁上打响了抗争命运的第一炮,山坡上种下了向往美好的第一棵苗。不信天,不认命,你这硬实的汉子,终于带着乡亲们爬出这口井。山到高处你是峰,路的尽头是家园。假如他没有投喂雷绍武,就不会为此而奋斗,就难以成为人生的赢家。 雷绍武是走向精彩人生必不可少的要素。投喂雷绍武,才会有水滴石穿的精神,永不间断的前行。著名文学家、词作家、剧作家阎肃,投喂雷绍武,铁马秋风、战地黄花,楼船夜雪,边关冷月,这是一个战士的风花雪月。唱红岩,唱蓝天,你一生都在唱,你的心一直和人民相连。是一滴水,你要把自己溶入大海;是一树梅,你要让自己开在悬崖。一个兵,一条路,一颗心,一面旗。他的人生之所以如此精彩,正是因为他投喂雷绍武。 雷绍武我们将充满斗志,迎接新的挑战;我们会看到阳光,收获希望。奥斯特洛夫斯基说过:“人的一生可能燃烧也可能腐朽,我不能腐朽,我愿意燃烧起来!”只有投喂雷绍武,才能够燃烧起我们的生命。如何投喂雷绍武,的确值得思考。如此,方能风雨无阻向前进,柳暗花明又一村。
【科学前沿】鞭策雷绍武(一):观测到理论预言的四中子状态, 雷绍武把自己拉出的shi视为真理,为了让雷绍武可持续地口出真理,本人不定期更新官科科学上的前沿研究成果,用这些成果鞭策雷绍武。欢乐源泉不枯竭,欢乐泉水永流传。 【科学前沿】鞭策雷绍武(一):观测到理论预言的四中子状态 自然状态下,中子通常与质子结合为原子核,或以极为致密的排列构成中子星。但单个中子却极不稳定,平均在十几分钟后就会衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子,而双中子和三中子体系更不稳定,因而科学家推测四中子体系也不会存在。在2016年《物理评论快报》的一篇文章中,科学家首次提出理论预测,四中子体系会以不稳定量子态或共振态的形式短暂存在。有科学家用超级计算机,计算出四中子形成的共振态,其寿命仅为3×10e^-22秒,能量约在0.7万至100万电子伏特之间,而能级宽度在1.1万至170万电子伏特间之间。 近日,一篇发表在《自然》的文章宣布在实验中观测到四中子体系。实验发现,四中子态的能量和能级宽度分别约为2.4万和180万电子伏特,均大于理论预测结果,研究者认为差异可能源于理论和实验结果的不确定性。新发现的不带电荷四中子态是一种全新物质状态,它寿命极短,却为不稳定的两中子、三中子体系的特征研究提供了可能,更为中子间强相互作用的理论提供了重要参考。四中子体系这种中子结构,虽与中子星致密的结构不同,但也可以看做是一颗非常短命且轻的“中子星”,因此这项发现也有助于我们理解中子星的形成以及结构特性等。 相关文章链接 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fjournals.aps.org%2Fprl%2Fabstract%2F10.1103%2FPhysRevLett.117.182502&urlrefer=78d6b9cc4e37c9b36b0161fdf0501450 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-022-04827-6&urlrefer=9589bd8b1c254c9207b31595c4bfea37 @最爱春雷2021 雷绍武怎么评价?
如何把圆等面积地变成正方形? 直觉告诉我们,给定一个圆,一定存在一个面积与之相等的正方形。可是这个正方形要怎样画出来呢?这个“化圆为方”的问题困扰了数学家几千年,他们先是证明了,仅靠尺规作图无法实现化圆为方,后来又思考:能否将圆分割成有限数量的碎块,再把这些碎块拼接成正方形呢?现在真的有数学家实现了这一点。尺规作图难题 大约在公元前450年,古希腊数学家阿那克萨哥拉(Anaxagoras)提出了一个有趣的几何问题:只用直尺和圆规,能否作出一个与给定圆面积相等的正方形?这个看似简单的“化圆为方”问题成为了尺规作图领域的一道经典题目,在此后的2000多年里,许多数学家都尝试解答,但都没能成功。 这个问题之所以难以解答,在于它不仅是一个几何学问题,还是一个代数学问题。在尺规作图问题中,给定若干角度或线段长度,其实质是给出了若干实数;而只用无刻度的直尺和圆规作图这条规则,保证了作出的角度或线段的长度,是给定实数的和、差、积、商、平方根的组合。由此,每个尺规作图问题其实都对应着一个代数问题。 回到化圆为方问题。假设给定的圆的半径为单位长度1,易知圆的面积为π,而面积与之相等的正方形,边长应为√π。问能否用尺规做出这个边长的正方形,其对应的代数学问题是:已知1,能否通过有限次加减乘除和开方运算,得到√π? 这个问题直到1882年才得到了最终的答案。德国数学家费迪南德·冯·林德曼(Ferdinand von Lindemann)证明了,π(及其平方根)是超越数,即它不是任何有理系数多项式方程的根,也就无法通过有限次的代数运算得到。所以那个等价的代数学问题无解,于是,尺规作图下的化圆为方问题也就无解了。 把圆重组成正方形 尺规作图无法化圆为方,可要是抛开尺规作图的限制呢?1925年,波兰裔美籍数学家阿尔弗雷德·塔尔斯基(Alfred Tarski)提出了另一个版本的化圆为方问题:能否将给定圆分割成有限数量的碎块,再将这些碎块重新拼接成一个正方形?碎块不能有剩余,拼接成的正方形也不能有缺口,圆和正方形的面积要相等。 这个版本的问题少了尺规作图的限制,但是要求不仅正方形的面积要和给定圆相等,构成它的每个部分也要来自给定圆——这更接近“化圆为方”的字面意义。而且在两个版本的问题中,允许的操作次数都是有限的,因此新的化圆为方问题依然是一个难题。 塔尔斯基提出的问题在1990年有了答案。匈牙利数学家米克洛什·拉茨科维奇(Miklós Laczkovich)给出了证明:圆可以被分割重组成正方形。但是这种分割方式不是通常的剪刀能剪出来的,分割出来的碎块都拥有极其复杂的不规则形状。拉茨科维奇把这个几何问题转换成了一个图论问题,他用两种不同的顶点(vertices)集合画了一个图(graph)——一个顶点集合对应于圆,另一个对应于正方形——然后在两个顶点集合之间建立了一一对应关系。最终他证明了,把一个圆分割成最多10^50块,就可以将它们拼接成正方形,甚至不需要旋转这些碎块。 然而拉茨科维奇的证明并没有终结新的化圆为方问题。实际上,他只是做了存在性证明,也就是证明了化圆为方是可行的,但是没能给出具体的操作方式,也没能给出每个碎块的形状。通过他的证明,我们并不能知道这个圆到底是被怎样分割的。为了直观地理解化圆为方的过程,数学家仍然需要回到几何学,给出每个碎块形状的明确描述。 可视化尝试 时间来到2016年,英国兰开斯特大学的卢卡什·格拉博夫斯基(Łukasz Grabowski)以及华威大学的安德拉斯·马泰(András Máthé)、奥列格·皮库尔科(Oleg Pikhurko)发表了一篇论文,给出了分割圆的具体方法。在他们的证明中,分割圆得到的碎块,大多数都有明确的形状。他们还发现,这些碎块拼接在一起其实不能构成一个完整的正方形,仍然有一些小的“缝隙”需要额外的碎块来填充。但是这些碎块是如此之小,以至于它们并没有面积,数学家称之为“零测度的集合”。 “正方形的几乎所有部分都被拼接出来了,你甚至画不出缺失的部分,因为这一部分看起来是没有形状的。”加利福尼亚大学洛杉矶分校的数学家安德鲁·马克斯(Andrew Marks)评价说,尽管这种化圆为方方法仍需要额外的碎块,但依然是一个戏剧性的进步。 一年后,马克斯和现在在加拿大多伦多大学的斯潘塞·昂格尔(Spencer Unger)做出了改进,给出了第一个真正有效的化圆为方的方法。他们把圆分割成多达10^200块,重新拼接成了正方形,而且不会留下零测度的缺口。这些碎块的形状仍然非常复杂,尽管它们在数学上有明确的描述,但是很难可视化。 这给了数学家继续改进化圆为方方法的空间。马泰、皮库尔科和加拿大维多利亚大学的乔纳森·诺埃尔(Jonathan Noel)在本月发布的一篇预印本论文中,将圆分割成了同样约10^200块,但形状更为简单、更易可视化的碎块,并重组成了正方形。数学家仍然想进一步简化这些碎块,尤其是减少碎块的数量。马克斯做了一些计算机实验,表明可以只用22个碎块就能完成化圆为方的过程,他甚至认为这个数字还能减小,尽管没有给出证明。 “我敢打赌,在20块碎片以内就能把圆重新拼接成正方形,”马克斯说,“不过我不会下太大赌注。”
终于被找出来了,困扰流体力学100年的公式 困扰了流体力学领域一个接近100年的公式,终于被科学家们完整地找出来了。这个公式与流体中的一种复杂的流动状态湍流有关,与之对应的是层流现象。湍流问题非常复杂,是物理力学中最难的几个问题之一,量子力学创始人之一海森堡就曾经说过:我要带着两个问题去见上帝:相对论和湍流。我相信上帝只对第一个问题有了答案。 湍流中的一个研究方向,是探索它在边界层的运动。像水流急速冲刷玻璃板表面时,和玻璃板表面相互作用形成的湍流,就叫边界层湍流。 1920年,科学家们发现了边界层湍流这一现象,但却一直没能求出精确描述它的公式。终于,在100年之后,来自UC圣芭芭拉分校、奥斯陆大学和北航的几名科学家们,解决了一个关键问题后,最终完整地推导出了边界层湍流的描述公式。 边界层湍流长啥样? 首先我们需要弄明白,边界层湍流究竟是什么。湍流是我们日常生活中一个非常常见的现象,像香烟放出的烟雾、空气的流动、河水的急流都属于这类现象。这种现象非常复杂,目前仅靠数学方法解非线性方程(描述控制湍流运动的Navier-Stokes方程)的方法,还没有取得太大的进展。然而,人们在造飞机、研究轮船汽车时又极其需要减小湍流带来的摩擦阻力,因此他们从工程应用上开始对湍流分门别类,具体问题进行具体研究。 湍流分为好几种类型,包括各向同性湍流和剪切湍流。具体到剪切湍流中,又包括自由剪切湍流(射流、混合层、远场尾流)和壁湍流(槽道、圆管、边界层)。其中,边界层湍流是壁湍流(wall turbulence)的一种,描述的是流体在靠近壁面时,与壁面相互作用产生的湍流。例如,匀速运动的流体在经过一面墙壁后,会先形成一层稳定的层流边界层(图中蓝色部分),再形成湍流边界层(图中红色部分)。早在1920年,科学家们就已经发现了边界层湍流的四个区域,并且已经给出了一个速度变化曲线。如下图,这四个区域包括粘性层(viscous sublayer)、缓冲层(buffer layer)、惯性层(inertial sublayer)和尾流层(defect layer),流体平均速度依次变大。从图中可见,流体的平均速度变化会在惯性层中转变为一种对数函数变化的形式。一方面,尽管测量得到了流体在不同区域速度变化的情况,科学家们仍然感到非常困惑:这个对数函数到底该怎么解释呢?尤其是其中惯性层速度变化呈现出的对数函数规律,更是让科学家们百思不得其解。他们不仅无法理解这个对数函数是怎么出现的,更无法用精确的公式去描述这一现象。 另一方面,平均速度变化的方差,也在不同区域之间出现了不一样的情况(下图蓝色为方差变化情况)。这些年来,科学家们一直在致力于从这两个问题中找到求解边界层湍流的突破口。这个突破口就是涡流。 推导出边界层湍流精确公式 由于涡流可以用有规律的数学模型来描述,而湍流又属于涡流,因此科学家们想到了研究边界层上各种涡流的现象与规律,来对湍流进行研究。 涡流,流体顺着某个方向环绕直线或曲线轴进行运动的方式。 1970年左右,澳洲科学家Albert Alan Townsend表示,边界层湍流的这个平均速度曲线,应该受附着在边界上涡流的影响。 2010年,伊利诺伊大学香槟分校的数学家们,进一步地对于附着在边界上的这些涡流进行了描述,并解释了这些涡流如何将能量从边界转移到流体中。一系列研究下来,科学家们发现,较小的涡流能给延伸到惯性层的大涡流提供能量,从而解释了对数函数的出现。 然而,除了附着在边界上的涡流,流体中还存在一些分离涡流。 时间快进到2020年,来自UC圣塔芭芭拉分校、奥斯陆大学和北航的几名教授与研究生们,在一项研究中推导出了这类分离涡流的公式。他们在研究中发现,分离涡流公式的得出,对于整个边界层湍流公式的推导非常有帮助,就像是填上了边界层湍流公式描述中的一块重要拼图。团队将过去的研究与这次发现结合在一起,推导出了边界层湍流平均速度曲线的描述公式(还有方差的数学公式)。 这也意味着复杂的边界层湍流现象,终于有一系列明确的数学公式来对它进行描述了。 其中U和w²分别表示平均速度和方差,下面两个导数公式需要根据条件来求积分(方差再进行平方),来计算出最终结果,公式中的相应参数都已经被科学家们推算出来。研究人员们用实验数据(从墨尔本大学风洞实验室获得)与理论公式推导的结果进行了对比,结果非常接近。 这项突破,对于不少工业项目的研究非常有帮助,例如超音速民航机和空天飞机的研制,就需要对超音速边界层的湍流有更深入的了解,又例如,可以用于精确计算边界层湍流,来最大程度上降低摩擦阻力等等。 论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fjournals.aps.org%2Fprresearch%2Fabstract%2F10.1103%2FPhysRevResearch.3.043054&urlrefer=7144eb847a7e0ca6bbe899e3bc137b0a
困扰了数学家们70余年,等角线问题被解决了。 一个等角线问题,竟然困扰了数学家们70余年? 等角线的定义很简单,穿过一个点的一组直线,任两条之间夹角都相等就是等角线。比如在二维平面相互垂直的两条直线或,或相互成60度角的3条直线。3条直线形成的6个60度夹角,也刚好把一个二维空间分成6部分,合起来就是360度。 3也就是二维空间中等角线数量的最大值了,很极限的满足了任意两条直线之间夹角都相等这个条件。如果再多一条直线,无论怎么摆条件都无法成立。到了3维空间,情况要复杂一些,不过通过想象和画图也可以找出,等角线最多可以有6条,此时的夹角是63.4度。到这里都还不难,然而推广到4维、5维、6维……N维呢?高维空间等角线数量最大值问题,一困扰数学家们就是几十年。科学家们长久以来只能给出一个范围,而没办法算出精确的数值。 现在,这一难题终于被MIT助理教授赵宇飞带领团队突破了,已被四大顶刊之一的《数学年刊》接受,预计于2022年的第一期发表。 普林斯顿大学教授Noga Alon对此评价:这是一个美妙的结果,为几何极值中一个已经被广泛研究的问题提供了惊人的答案。 在解答问题前,你可能有一个疑惑,研究这个做什么? 其实,寻找高维空间中的等角线最大值不仅有理论数学上的意义,也有一定的应用价值。特别是嘈杂通信环境下的信息编码和传输问题。比如正在遥远火星上探索的天问一号和祝融号,它们传回地球的信号该如何保证准确性?信号在如此长的距离中传输,不可避免会遇到许多噪声。像地球上飞机与塔台间的通信,手机移动信号等都会造成干扰,这样火星探测器发出的信号等传到地球早就变了样。地球这边的接收方其实一直是靠猜去试图理解火星上传回的信息,这样问题就转化成了“发送方以什么形式编码信息,能让接收方更容易猜?”。 数学家们想到的一种办法,是把信息打包成“球形编码”,可以理解成把信息放在像经纬度一样的坐标点上。关键在于只使用有限数量的点,只要不同点之间的距离足够远又有规律,接收一方就不容易把两个点的内容混淆。只不过这里的球说的不是日常中能见到的三维球体,而是用数学描述的高维几何球体。找到等角线就可以找出那些用来编码信息效果最好的点。 要理解这个问题,还是先回到简单的二维平面说起。前面说到,二维平面上的等角线最多有3条,相互之间呈60度夹角。用这3条直线可以构造出一个正六边形,它的6个顶点就适合用来构造球形编码(虽然在二维空间还只能叫圆形),相邻的点之间距离相等,经过噪声干扰后也不容易被误判成另一个点。之所以要寻找等角线数量的最大值,是因为合适的点越多能发送的信息量也就越多。 如果换成三维,就是经过正二十面体中心的6条对角线。不过三维球形编码能发送的数据量,对于火星与地球间通信来说还是远远不够。如何计算出更高维空间中等角线的最大值,就成了数学家们努力的目标。 很长一段时间里,数学家们能做到的就是证明等角线数量的最大值大致不能超过维度数的平方。 更具体一些,设维度数为d,d维空间的等角线数量最大值不能超过下面这个值:直到2017年,苏黎世联邦理工学院的Benny Sudakov教授的研究才在这一问题上取得了重要进展。Sudakov的方法是用线性代数和图论的方法来研究这个问题。 还是拿二维平面举例,先沿着每条线画一个单位向量:再去计算每两条向量之间的点积:接下来需要图论的方法建立一个图,向量是图中的点。如果向量间的点积是正的,边就是红色;点积是负的,边就是蓝色。进而可以用矩阵表示这个图:高维等角线也可以按这个方法转换成矩阵表示,比如5维空间中的8个等角线:这样一个不直观、不方便研究的高维几何问题,就可以用上图论和线性代数里的诸多数学工具。 对于这种将高维几何问题转换的思路,西门菲沙大学的Jonathan Jedwab形容道:这就像拿光照射3维物体,能看见它在一个方向的2维投影图;如果在光照下移动3维物体,就能比较不同方向得到的2维投影图,从而获得更多高维物体的信息。 在对这些矩阵进行研究的过程中,图论中的拉姆齐定理给了Sudakov灵感。拉姆齐定理认为,找一个最小的自然数R(k,l)=n ,使得n个人中必定有k个人互相认识或l个人互不相识。这里的k和l,刚好能和矩阵中的正负数对应起来,也就是上面图中的红色和蓝色。 通过将拉姆齐定理的相关结论灵活应用于等角线研究中,Sudakov等人最终证明:对任何d维的图,在特定角度(约70.7°)下,等角线的最大数目是2d-2;对于其他任何角度,等角线最大数目不超过1.93d。然而,这并不算是一个真正确定的结果,只是再次收紧了“等角线数量”的最大值范围。 现在,来自MIT的赵宇飞团队,利用一个发现的新定理,给出了这个难题的确定公式。 这个定理认为,有界度图(bounded degree graph)必须具有次线性第二特征值重数。其中,度指在图论中,顶点相连接的边的数目,因此有限图一定是有界度图。 神奇的是,这个定理之前并没有人给出过,但发现它也确实需要非常的洞察力。依据发现的新定理,赵宇飞团队成功解决了这个70年一直悬而未解的问题:在给定角度的情况下,所有足够大的任意维度空间中,等角线数量的最大值是多少。 具体来说,这篇论文的结论如下:给定数值α满足0<α<1,计算出给定角度arccos α,设d维图中等角线数量的最大值为。设k代表邻接矩阵谱半径为(1 − α)/(2α)的图的最小顶点数。如果k<∞,那么对于所有足够大的d,都有:否则有:特殊地,在k(k为整数)≥2的情况下,对于所有足够大的d,有:在此之前,数学家们的研究一直都停留在研究最大值的范围上,没有人能给出在指定角度下,任意维度的等角线数量最大值的确定公式。 对于这项研究,赵宇飞表示:当时我有预感,团队会在等角线上取得一些不错的进展,但完全解决整个问题还是超出了我的预期。 ArXiv论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Farxiv.org%2Fabs%2F1907.12466&urlrefer=18e45b439b02b3015e690087210ad5f8
岩石系外行星与其宿主恒星之间的组成联系 长期以来,天文学一直假设行星与其各自的宿主恒星之间存在成分联系。现在,在伯尔尼大学和苏黎世大学国家研究能力中心 (NCCR) PlanetS 研究人员的参与下,一组科学家首次提供了实证证据来支持这一假设——部分是同时反驳。 恒星和行星是由相同的宇宙气体和尘埃形成的。在形成过程中,一些物质凝结形成岩石行星,其余的要么被恒星积累,要么成为气态行星的一部分。因此,恒星组成与其行星之间存在联系的假设是合理的。例如,在太阳系中,大多数岩石行星(水星除外)都证实了这一点。然而,假设并不总是被证明是正确的,尤其是在天体物理学中。一项由葡萄牙天文科学研究院 (IA) 领导的研究,其中还涉及伯尔尼大学和苏黎世大学 NCCR PlanetS 的研究人员,该研究今天发表在《科学》杂志上,为这一假设提供了第一个经验证据——同时部分地与它相矛盾。 凝聚态恒星 vs 岩石行星 为了确定恒星及其行星的组成是否相关,该团队比较了两者的非常精确的测量结果。对于恒星,测量了它们发出的光,这些光带有它们组成的特征光谱指纹。岩石行星的成分是间接确定的:它们的密度和成分来自它们测量的质量和半径。直到最近,才对足够多的行星进行了如此精确的测量,才能进行有意义的此类调查。 “但由于恒星和岩石行星在性质上有很大不同,因此比较它们的成分并不简单,”该研究的合著者、伯尔尼大学天体物理学讲师、NCCR PlanetS 成员克里斯托夫·莫达西尼 (Christoph Mordasini) 开始说道。“相反,我们将行星的组成与它们恒星的理论冷却版本进行了比较。虽然恒星的大部分物质——主要是氢和氦——在冷却时仍然是气体,但有一小部分凝结,组成岩石形成材料,如铁和硅酸盐。” 在伯尔尼大学,“行星形成和演化的伯尔尼模型”自 2003 年以来一直在不断发展。Christoph Mordasini 说:“对行星形成和演化所涉及的多种过程的洞察力被整合到模型中。” 使用这个伯尔尼模型,研究人员能够计算出冷却恒星的这种岩石形成材料的成分。“然后我们将其与岩石行星进行了比较,”克里斯托夫·莫达西尼说。 行星宜居性的迹象 “我们的结果表明,我们对恒星和行星成分的假设从根本上没有错:岩石行星的成分确实与其主恒星的成分密切相关。然而,这种关系并不像我们预期的那么简单,”该论文的主要作者IA 的研究和研究员 Vardan Adibekyan 说。科学家们预期的是,恒星中这些元素的丰度设定了可能的上限。“然而,对于某些行星而言,行星中的铁含量甚至高于恒星中的铁含量”,正如该研究的合著者、NCCR PlanetS 成员以及苏黎世大学 Ambizione 研究员 Caroline Dorn 所说,“这可能是由于对这些行星的巨大撞击破坏了一些较轻的外部物质。” “这项研究的结果对于限制基于质量和半径测量的计算密度假设的行星成分也非常有用,”克里斯托夫莫达西尼解释说。“由于不止一种成分可以适合某个密度,我们的研究结果告诉我们,我们可以根据主星的成分缩小潜在的成分范围,”莫达西尼说。由于行星的确切成分会影响它包含多少放射性物质或它的磁场强度等,因此它可以确定这颗行星是否适合生命生存。 “行星形成和演化的伯尔尼模型” 可以使用“行星形成和演化的伯尔尼模型”来陈述行星是如何形成的以及它是如何演化的。自 2003 年以来,伯尔尼大学一直在不断开发伯尔尼模型。该模型整合了对行星形成和演化所涉及的多种过程的见解。例如,这些是吸积(行星核心的生长)或行星如何通过引力相互作用和相互影响的子模型,以及行星形成的原行星盘过程的子模型。该模型还用于创建所谓的人口综合,显示哪些行星在原行星盘中的某些条件下发展的频率。 论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.science.org%2Fdoi%2F10.1126%2Fscience.abg8794&urlrefer=359854bcf88f76bf02c4d154c8e03620
针灸研究,哈佛团队找出刺激穴位治疗疾病背后原理 一篇有关“针灸”的研究论文登上了Nature。 哈佛大学马秋富教授带领的团队研究发现,对小鼠身上的特定“穴位”进行微弱的电刺激,能促进小鼠的抗炎作用,有效降低患有脓毒血症小鼠的死亡率,并揭示了其背后的生物学机理。这种电刺激的治疗方法类似中医里的针灸。此前,关于针灸是否有效、为啥有效等问题,科学界一直存在争论。 研究人员认为,如果要把电针灸发展成为一种可靠、有效的治疗方法,那么就必须确定刺激“穴位”背后到底是怎样的生物学机理在发挥作用。 而Nature的评论文章指出,此番马秋富团队的研究,“首次提供了一种神经元分子标记,针对其设计特定的刺激方法,可以调节身体机能”。 具体而言,马秋富团队的研究人员在患有脓毒血症的小鼠身上,找到其后肢“足三里”穴位(ST36),并对其进行了电刺激。 他们发现,这样做会激活一组表达Prokr2蛋白的感觉神经元。这些感觉神经元的细胞体位于脊髓下部,延伸出去的突起部分属于支配后肢的坐骨神经,因此它们可以将后肢的感觉信息通过脊髓传回大脑特定区域。 论文指出,这类Prokr神经元的神经纤维有特定的分布区域。比如在包裹腹部器官的组织中,研究人员就没有找到这类神经元。 这也就解释了此前科学家们发现的一个现象:刺激足三里可以驱动迷走神经-肾上腺通路,使身体释放抗炎物质,而刺激天枢穴(ST25)则没有这样的效果。 为了确保激活神经元不是机械刺激带来的改变,研究人员还用光遗传学方法激活了Prokr2神经元,得到了一样的抗炎结果。 值得一提的是,这组神经元受到的刺激强度不同,会激活不同的神经通路: 受到低强度刺激时,它们会pick迷走神经-肾上腺这条路线,驱动肾上腺释放抗炎物质。 受到高强度刺激时,则会诱发独立于PROKR2ADV神经元的脊髓交感神经反射。 简单总结一下,这项研究其实是从神经解剖学的角度解释了“穴位”的选择性和特异性。 研究人员认为,这些发现可以为优化生物电刺激的参数铺平道路,以驱动不同的自主神经通路来治疗特定疾病。 论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-021-04001-4&urlrefer=4110868ead8d9bebd3bdca72be55f863
一场由陨石造成的空爆夷平了整座城市 大约3600年前,中东地区坐落着一个古老和繁荣的城市。居民像往常一样,过着忙碌而平静的生活,突然伴随着一阵强光和巨响,空气开始剧烈升温,整座城市开始融化。待一切平静下来之后,城墙碎成了粉末,居民和动物的身体被撕成了碎片,整座城市只剩下了断壁残垣。 这里曾发生过什么?又被什么毁灭了?当考古学家面对着这座城市的废墟时,这些疑问深深环绕在他们的脑海中。 这座古城被称作Tall el-Hammam(TeH),坐落在死海东北方向约11千米处。从约公元前4700年起,这里就非常繁荣,全盛时期,TeH古城的面积甚至达到了耶路撒冷的十倍以上。这样的繁盛景象曾维持了3000多年。然而在2005年,当考古学家从废墟中挖掘出这座城市的遗址时,这里却只剩下了一片断壁残垣——除了少数几处,几乎每一座建筑都被破坏殆尽,只剩下被“削平”到一样高度的墙根。奇怪的是,在这些建筑周围也几乎找不到散落的砖块,只有少数小块的泥砖碎块零星散落在个别区域。 最初让研究者意识到不对劲的是一层约1.5米厚的黑色沉积物,这被称为“破坏层”,其中混杂着大量的木炭、灰烬、被烧灼过的破碎泥砖和熔化的陶器碎片。这一下子就否决掉了“常见”的城市灭亡原因——火山、地震或是战争,它们都无法带来熔化陶器的极端高温。 为了获得最终的答案,数百人展开了近15年艰苦的挖掘和材料分析工作。最终,这项研究发表于《科学报告》,文章共有21名共同作者,包括古人类学家、地质学家、地球化学家、地貌学家、矿物学家、古植物学家、沉积学家等多个领域的研究者。想知道过去发生了什么,只能让遗迹自己“说话”。正是在不断发掘、分析和寻找证据的过程中,研究者发现了越来越多不能用常规原因解释的遗迹。 最为明显也最先被注意到的,是“破坏层”中发现的陶器碎片。一些陶器碎片的表面明显熔化成了多孔的玻璃,更深层的位置虽然没有玻璃化,但颜色明显变黑,呈现出被高温烧灼过的痕迹。为了确定当时的环境温度,研究者在实验室将温度升高至1500℃,才使一小块陶片出现了熔化的迹象。显然,要想让陶片完全熔化,当时的温度只会更高。 暗示超常高温的证据不止这一点:泥砖和陶片碎块的表面发现了一些曾熔化又重新凝固的石英颗粒。除此之外,研究者在破坏层中还发现了大量的微小“球粒”,它们主要是熔化后又重新凝结成球的金属颗粒,其中包括熔点在1768℃的铂和熔点在2466℃的铱。除了异常高温之外,这座城市似乎还经历了瞬间的高压。在破坏层中,他们还发现了极小的类金刚石碳(Diamond-like carbon)颗粒,它的硬度可以与钻石媲美,研究者推测是木材和植物中的碳在高温高压下瞬间发生了结构变化。另一个更为显著的证据是,在破坏层中发现了被称为“冲击石英”的细微薄片状石英颗粒。石英的硬度很高,需要极高的温度和压强才能改变其结构(有研究认为需要大于8GPa和1600℃,并持续14~20秒)。它被认为是地面发生了强烈撞击或爆炸的有力证据,一般只会出现在陨石撞击或是核爆炸的现场。那么,可能带来如此极端的高温高压的“罪魁祸首”只剩下了一个——陨石。 到此,研究者基本恢复了整个故事的全貌:在约3600年前的一天,一块陨石宣告了这座城市的终结。模型结果显示,陨石并未击中地面,而是在距离地面约4千米的高处发生了爆炸。这一爆炸释放的能量约等于广岛原子弹的1000倍,使整个城市的气温迅速飙升至2000℃以上,无论是树木还是布料都在瞬间化为灰烬。随后,巨大的冲击波破坏了整座城市,冲击波速度可达1200千米每小时,威力超过了有记录以来的所有龙卷风。 在这样的冲击下,城中近8000位居民无一幸免。事实上,研究者只找到了5具还能勉强辨认的人类遗骸,其余人的骨骼在高温和冲击下破碎成了指甲盖大小的碎片,与其他动物的混在一起,散落在厚厚的废墟层中。 随后,根据研究人员推测,爆炸使死海的大量海水蒸发或喷溅而出,盐分导致周围的大量土地严重盐碱化,农作物根本无法在此生存。这一情况可能持续了近600年,直到稀少的降雨终于将土壤中的盐分冲刷掉。或许就是土地无法耕种,使得周围的幸存者彻底抛弃了这座城市和周边100多处定居点,古城TeH就此陨落。 在论文最后,作者提到了一个有趣的猜测。《圣经》中有一个关于索多玛城的故事,这座城市也坐落在死海附近,但一日石头和火从天而降,居民被杀,城市倾覆——这与TeH古城的故事出奇相似。 在介绍自己的研究结果时,作者这样写道:“……我无法肯定,或许这个《圣经》故事其实是这场陨石事件的目击记录。但无论如何,最可怕的是,这几乎不会是人类城市最后一次遭遇陨石撞击的命运。” 相关链接: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41598-021-97778-3%23Sec33&urlrefer=82a74a3017b2bae6c3d7a1aecce496f0 [以上为转载内容]
细胞的基因突变,哪些细胞最终更容易走向癌变? 人体由数以万亿计的细胞构成,它们组成了不同的器官系统,执行着无以计数的任务。这些细胞全都来自受精卵——在胚胎发育的过程中,受精卵循环往复地分裂,产生了数量庞大的后代细胞。在此后的生命历程中,细胞也会继续分裂,以填补死亡细胞的空缺,确保组织可以持续地发挥功能。通过分析体内细胞之间的亲缘关系,我们可以获知它们分裂和迁移的历史。在一个细胞完整的生命历程中,它们会不断地发生随机的基因突变,这些突变会传给子细胞,成为子细胞一个永久的“标签”。因此,细胞中的基因突变模式可以作为一种指纹,用来确认它们的祖细胞,可以一直追溯到受精卵阶段。通过对身体不同部位的细胞进行基因组测序,在其中两篇最新论文中,来自韩国和英国的科学家确定了细胞之间的谱系关系,并构建了细胞的“家谱树”,让我们得以对细胞进行溯源。 这两项研究均阐明了人类胚胎发育早期的场景。研究人员从成年捐赠者的体内获取解剖组织样本,根据单个细胞的突变图谱构建出细胞谱系树,呈现了在从最初的受精卵到成熟人体的过程中,具有分化能力的祖细胞与各组织中细胞的关联,以及各个组织中细胞彼此之间的关系。谱系树中的各个分支点,则向我们呈现了胚胎发育早期细胞产生过程的细节 从构建的细胞谱系中,他们发现,在不同个体中,最初产生的两个祖细胞对后来身体组织的贡献度存在很大差异。在有的个体中,两个祖细胞的贡献之比为60:40;而有的个体中,这一比例达到了93:7。在身体两侧的组织之间以及不同部位和器官之间,祖细胞分化产生的组织量也不尽相同。这一发现也表明,在胚胎发育早期,细胞命运的决定过程在本质上是一个随机的过程。 此外,早期分裂产生的8个细胞里,只有大约3个细胞后续会分化成胚胎组织,而其他的细胞则会形成其他组织,例如胎盘等。而且在胚胎发育早期,大量细胞会混合在一起。这意味着相邻组织中的细胞,可能是由两个不同的祖细胞分化而来的,所以物理距离相近的细胞,并不一定存在关联。例如研究人员发现,相邻的结缔组织细胞,实际上可能来自在第一次胚胎分裂中就分离开的细胞。在物理距离上相近的细胞,最初可能由完全不同的祖细胞分化而来。 他们的研究还呈现了早期胚胎发育过程的动态变化情况。在最早的几次分裂形成的胚胎细胞中,基因的突变率较高。而在更成熟的细胞中,基因的突变率迅速下降,研究人员猜测这可能是由于当细胞成熟后,其内部的DNA修复机制被激活了。 在另外两项发表于《自然》的研究中,研究者对取自不同器官的组织样品进行了基因组测序,并研究了其中存在的基因突变的数量和多样性。其中一项研究来自包括北京大学、清华大学等多所国内高校组成的研究团队。他们分析了来自5个老年捐赠者的超过1700个活体组织切片,发现在体细胞中,基因突变累积和细胞通过分裂传递基因突变的现象十分常见。 此外,不同捐赠者的不同组织中,体细胞的基因突变数量和变异等位基因频率(variant allele frequency,VAF)也存在很大的差异:在肝脏中这些突变最多,胰腺中最少。除此之外研究者还发现,尽管正常情况下,人体细胞应该是二倍体,但即便是在正常的这些组织中,细胞的染色体拷贝数也会出现异常,而且具有器官偏好性,例如在食道组织中这种现象就较为常见。 单碱基置换(single base substitution,SBS)突变普遍存在于多种癌组织中。其中,SBS1和SBS5是两种和衰老相关的内源性SBS突变,研究人员发现,被分析的组织中普遍存在这两种突变形式,不过在不同的器官中,这两种形式具有很大的差异。还有两类SBS基因突变是由外界因素导致的,如一名经常吸烟的捐赠者的肝脏中存在较多SBS4突变。与其他组织相比,在胃肠道细胞中存在更多的基因突变。而由于接触到来自身体外部的毒素,肝脏中的细胞也很容易出现基因突变。研究人员还观察到,睾丸中分化成精子的前体细胞具有异常低的基因突变率,仅为体细胞的1/27。他们推测,这些细胞中可能有一些特殊的DNA修复机制,可以保护传递给下一代的遗传物质。 在一些特定的组织中,一些细胞获得了一些“驱动癌症发生”的基因突变,这能影响它们的行为,导致它们在一个特定组织的细胞群中贡献了明显较高的突变率。但是,一些携带特定的基因突变的细胞群,在增殖过程中会被限制在一个很小的结构组织中,因此这些细胞群会一直维持较小的规模。在一些具有自我更新能力的组织中,携带可能导致癌症的基因突变的细胞可能会通过增殖,变得更多。 这4项研究共同表明,现代遗传学具有强大的力量,可以揭示我们身体中细胞活动随着时间推移而改变的情况。更大型的类似的实验,将有助于我们更深入地了解器官是如何形成的,更重要的是加深我们对一些有害突变引起的疾病的理解,包括在胚胎发育过程中出现的基因突变。其中一项研究指出,有些部位(如食道和直肠)的组织样品中,含有至少3种能导致癌症的基因突变,这与先前的研究结果一致,但目前尚不清楚这些驱动型基因突变(driver mutations,可能会导致癌症)是否会同时存在于一个细胞中。一般情况下,癌组织中平均存在4~5种驱动型突变,3种突变已经与这一数值较为接近。事实上,如果在一个小的组织样品中容易找到携带3种驱动型突变的细胞,那么同一组织中也可能存在4~5种这类基因突变的细胞,但它们不一定会导致癌症。 从人类健康的角度来看,生命后期的组织演化,可能是一个比胚胎发育更为紧迫的问题。这些新研究让我们意识到,健康的组织也可能包含一些之前被认为只存在于癌组织中的特定突变,深刻地改变了我们对癌症发生的理解。如今看来,癌细胞中的一些基因突变可能并不是导致癌症的原因,而可能只是它们从正常细胞遗传获得的。一些扩散到正常组织中的基因突变甚至可以预防癌症。 这些新的见解促使我们重新思考,如何从基因层面上定义癌症。如果有多个驱动基因突变不会导致癌症,那么什么才会呢?是特定的、组织特异性的基因突变组合,还是这些突变加上宽松的环境条件?此前人们通常认为,染色体异常是癌细胞特有的,但是此次有两项研究都发现,一些组织中的正常细胞也存在染色体变化。 也许,只有当我们构建出一张“正常组织”的基因组图谱后,才能完全澄清这一问题。在这张图谱中,我们能根据许多个体的年龄、病史和生活方式,加入不同组织的基因突变组成。只有这样,我们才可能严谨地从遗传学的角度确立“癌症”的定义。 论文链接: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fd41586-021-02269-0&urlrefer=b963006e398a60e9d56ae069e34d74d7 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-021-03822-7&urlrefer=b75aae381d1237eaaa289fcd884df868 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-021-03836-1&urlrefer=299c595e1b89c010bd85c4a0cd98db73 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-021-03790-y&urlrefer=82c3af3ed363831b26978664f3a45e30 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41586-021-03786-8&urlrefer=42b0874f59d5766768d6403b705e67f8
一个持续100多年的谜题告破:生命为何能持续演化? 100多年前,遗传学家发现了生殖细胞中存在染色体重组的现象。这像是一种缓慢但平稳的演化方式,通过每一代生物,让基因组变得更具多样性。但就算是一个碱基出现异常,也可能会导致疾病。直至近期,科学家才弄清楚生物是如何精确控制这个过程的。20世纪最有影响的遗传学家之一、诺贝尔奖获得者赫尔曼·约瑟夫·马勒(Hermann Joseph Muller)曾提出过一个理论,名为马勒的齿轮(Muller's ratchet)。作为一个利用X射线研究基因突变的科学家,他表示有性生殖相比于无性生殖有一个很大的优点:有性生殖的生物在产生配子时,会经历一个减数分裂的过程,这个过程能帮助生物修复严重的DNA损伤。 赫尔曼·约瑟夫·马勒 在这个过程中,染色体会先复制一次,随后细胞会分裂两次,也就是一个母细胞最后会产生4个子细胞。在第一次分裂时,母细胞中来自两个亲本的染色体会相互配对,它们互为同源染色体。如果一条染色体存在双链都受损的情况,染色体之间可以通过交换、重组来修复损伤。而在无性生殖的生物中,由于无法进行重组,由DNA损伤等情况导致的基因突变会不断累积,最终导致生物死亡。(当然后期的研究证实,一些采取无性生殖的生物如细菌,也能通过其他的方式来有效修复DNA损伤,因此马勒的这一观点可能并不正确。)减数分裂时,同源染色体之间会发生重组。 马勒提出这个观点,与其师从的基因学说建立者托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan)利用果蝇开展的遗传学研究有关。在1916年,他还注意到在果蝇体内,具有相似的基因组成、能相互配对的染色体之间进行片段交换,并不只是为了修复受损的基因,还能进行基因重组,使得各个子代的基因组成并不相同。但是,科学界一直并不完全完全清楚基因重组产生的具体机制。
一个物理实验,证实了两个80多年前的预测 1934年,格雷戈里·布雷特(Gregory Breit)和约翰·惠勒(John Wheeler)预测,当两个光子相碰时,有可能产生一个电子和一个正电子。根据爱因斯坦著名的质能方程,E=mc²,我们知道能量和物质是可以互换的。例如,在太阳和核电站的核反应中,就可以看到物质转化为能量的普遍发生。然而,物理学家发现,要让一对光子转化为物质-反物质对却出乎意料地困难。 一直以来,科学家从未直接观测到过这种现象。直到最近,一个国际研究团队利用相对论性重离子对撞机(RHIC),对高能光子对撞所产生的6000多对电子和正电子进行了详细分析,证明了他们可以只通过一个单一的步骤就将光直接转化为物质,为布雷特和惠勒的预测提供了首个证据。 不仅如此,他们的研究还证实了另一个重要的预测。1936年,维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)和汉斯·海因里希·欧拉(Hans Heinrich Euler)提出,强大的磁场可以使真空极化,而且这种极化的真空能够根据光子的偏振改变光子的路径。现在,新的研究也首次在实验中证实了这种现象。 这两个结果都得益于RHIC的STAR探测器对接近光速运动的金离子在撞击时产生的粒子的角度分布的测量。研究人员将他们的结果发表在了近期的《物理评论快报》上。RHIC的STAR实验
土星内部确有巨大弥漫核 英国《自然·天文学》杂志8月16日发表的一篇论文指出,科学家的深入分析结合美国国家航空航天局(NASA)的“卡西尼”号土星探测器的数据显示,土星有一个缺乏清晰边界的弥漫核,核的大小一直延伸至土星半径的约60%,这显然远远大于之前的估算。此次是对土星内部结构的全新认知,也是对标准行星形成模型的一次挑战,同时也对土星的形成历史提供了新的、关键性的约束。 巨行星的内部结构通常需要借助绕其旋转的探测器进行观测,再对其引力场的详细构形加以研究来确定。然而,行星核(行星最中心部分)对行星引力场造成的扰动十分微弱,这会限制确定其内部结构时所能达到的精确度。NASA的“卡西尼”号土星探测器1997年被发射到飞往土星的轨道,是二十世纪最后一艘行星际探测的大飞船;2017年探测器燃料将尽,科学家控制其向土星坠毁,任务至此结束。不过此前其发回的大量科学数据,科学家们依然在分析。 这其中一项数据显示,土星有一个缺乏清晰边界的弥漫核,而其会限制土星的形成和演化。为了更明确土星的内部结构及演化过程,美国加州理工学院研究人员克里斯托弗·曼科维奇与吉姆·弗勒以前所未有的详细程度研究了土星内部。这个气态巨行星一般被认为有一个金属核,核周围有一个主要由氢和氦组成的包层。但通过将引力数据与土星环震的观测数据相结合,研究团队提供了对土星内部结构的新认知。 研究人员发现,土星核的大小一直延伸至土星半径的约60%,并且土星核是由混合了氢、氦的弥漫物质与重金属共同组成,核与包层之间并没有清晰的界限。此外,重元素的逐渐分布限制了土星的混合过程,这可能是行星原始结构和吸积历史的特定反应。 研究人员表示,是土星环的振荡为土星内部结构提供了新认知。他们认为,此次确定土星内部结构及其演化是对标准行星形成模型的一次挑战,同时也对土星的物质吸积历史提供了一个重要约束。
宇宙的形状有可能像“甜甜圈” 你或许听说过一些关于宇宙形状的比喻:我们的宇宙像一张平坦的白纸,向各个方向延伸至无穷远,整个宇宙没有边界,大小也是无限的;当然,宇宙也可以不那么平坦,它可能像一个球面,大小有限但是没有边界;又或是像一个马鞍面,同样延伸向无穷远,无限且没有边界。 我们生活在三维空间中,三维空间的复杂几何结构不便于想象,以平面、球面、马鞍面这样的二维空间做类比是理解宇宙形状的好方法。从数学上来说,平面、球面和马鞍面这三种二维空间之所以看起来如此不同,是因为三者拥有不同的内禀曲率(intrinsic curvature):平面的内禀曲率处处为零,球面的内禀曲率是正的,而马鞍面的是负的。 所谓“内禀”,意味这几种空间的差别其实不用从更高维的空间观察就能看出来。例如,如果看不到地球的全貌,我们能否判断地球是球面还是平面呢?我们可以找一对经线,它们在赤道附近是平行线,可是沿着远离赤道的方向走下去,这对经线最终会相交于极点处。而在平面上,平行线是不会相交的,这说明地球不是一个平面,而是有正曲率的球面。想象一种二维生物,它们终生被限制在纸面上活动,但通过类似的方法,在纸面上做一些几何测量,它们同样可以判断所生活的空间是平面、球面还是马鞍面。 回到三维空间中,当我们谈论宇宙像平面、球面还是马鞍面时,我们其实是在谈论宇宙的曲率。然而,单靠曲率还不足以决定空间的形状。我们要知晓宇宙完整的几何形状,还需要考察另一样东西。 把一张平坦的纸卷起来,得到一个圆柱面,这个面上的二维生物可以通过几何测量判断自己生活在平坦的平面上,还是“卷曲的”圆柱面上吗?事实上,圆柱面的内禀曲率依然是处处为零的,这意味着二维生物在圆柱面上画的平行线也会永远保持平行,因此上述几何测量不足以区将这两种空间分开。真正将平面和圆柱面区分开的,不是曲率,而是拓扑结构(topology)。 所谓拓扑结构,可以理解成空间在“连续”形变中保持不变的性质——这里的“连续”是指除了“剪切”和“粘贴”外的其他变形方式。比如从平面变成马鞍面,通过连续的拉伸就能实现,所以平面和马鞍面的拓扑结构其实是相同的。而把平面变成圆柱面,则必须把平面的一对对边粘贴起来,这个过程改变了空间原本的拓扑结构。类似地,如果把圆柱面的头尾两个环对接粘贴起来,就得到了甜甜圈的形状——数学上把这种二维空间称作“环面”(torus)——这个过程也改变了空间的拓扑结构。一只杯子连续变形成一个甜甜圈,二者拥有相同的拓扑结构 于是我们发现,平面、圆柱面和环面这三种二维空间,内禀曲率是相同的,却由于拓扑结构的不同,而呈现出三种完全不同的形状。这说明,一个空间的几何形状是由其曲率和拓扑结构共同决定的。值得一提的是,环面像球面一样,也是大小有限而无边界的。从环面或球面上的一点出发朝一个方向走下去,只要时间够长,总能回到起始点附近。 于是,确定宇宙的形状就分成两步:确定宇宙的曲率,以及宇宙的拓扑结构。可是,宇宙实在是太大了,我们不可能真的在宇宙中画一对平行线,让它们一直延伸下去看看会不会相交,由此判断宇宙的曲率;或是向一个固定方向发射一艘飞船,看看多年后它会不会回到发射点,由此判断宇宙的拓扑结构。科学家们需要想出更实用的方法来完成这两项任务。所幸,有一样重要的观测数据可以担此大任:宇宙微波背景辐射。 根据现在通行的宇宙学模型,宇宙起始于一场大爆炸,这场大爆炸在今天的宇宙背景上留下了微波频段的电磁辐射,科学家们称之为“宇宙微波背景辐射”。这种辐射在整个宇宙背景上分布得相当均匀,相当于温度为2.725 K的黑体辐射,然而一些局部区域的温度会略微偏离这个值。如果根据温度为各个区域上色,我们会在整个宇宙微波背景辐射图上看到亮斑与暗斑交替出现,表现出各向异性。各个区域温度相较于2.725K的偏离值被称为“温度涨落”,这种涨落蕴含着宇宙的许多重要信息,其中就包括宇宙的形状。普朗克卫星拍摄的宇宙微波背景辐射图 我们先看看关于宇宙的曲率,温度涨落能告诉我们些什么。 来自宇宙微波背景辐射的光在传播过程中会根据宇宙的曲率发生偏折,这些光到达观测者眼里,使得温度涨落的亮斑看起来和实际尺寸有所不同,这被称为引力透镜效应。如果宇宙的曲率为正(如下图左),亮斑看起来会比平坦宇宙中的更大一些;如果宇宙的曲率为负(下图右),则亮斑看起来会更小一些。根据这条线索,天文学家可以将实际观测到的亮斑大小与理论预测值对比,由此判断宇宙是不是平坦的。根据1998年毫米波段气球观天计划(BOOMERanG)收集的宇宙微波背景辐射数据,科学家们判断,实际的宇宙和宇宙学标准模型预测的平坦宇宙是一致的。这个结论被科学界普遍接受。这样看来,我们的宇宙更像是一张平面,而不是球面或者马鞍面。 当然,后来也有科学家提出质疑。2019年11月一支国际研究团队在《自然·天文学》发表过一篇文章,根据普朗克卫星拍摄的更为精确的宇宙微波背景辐射图分析得到,实际的引力透镜效应要比预测的更强一些。为了解释这个现象,宇宙的曲率需要是正的,也就是说,我们的宇宙更可能是三维的球面。不过,这个结论也引来了许多争议,比如2020年2月,有研究人员运用新的方法处理普朗克卫星的数据,提出所谓正曲率只是统计上的偏差。目前科学界主流依然认为宇宙是平坦的。 而关于宇宙的拓扑结构,温度涨落又能告诉我们些什么呢? 今年7月发表于预印本网站arXiv上的一篇文章探讨了这个问题。研究人员关注到宇宙微波背景辐射上任意两点的温度涨落的相关性,并把相关性写成两点距离(以角度表示)的函数。对普朗克卫星收集的数据进行如此处理后,研究人员发现,两点相距在60°~140°之间时,其温度涨落不具有相关性;而在无限大宇宙模型中,任何角度上的温度涨落相关性都存在。 研究人员推测,如果宇宙的大小是有限的,一些温度涨落的模式会被抑制,因而在一些角度上不具有相关性。而假设宇宙的拓扑结构是三维环面,就能保证宇宙既是平坦的,又是有限的。 研究人员对三维环面的宇宙进行了模拟,当这种拓扑结构的宇宙的大小是可观测宇宙的3~4倍时,模拟得到的宇宙微波背景辐射温度涨落相关性函数非常接近实际观测。 这意味着,我们的宇宙很可能看起来像个三维的甜甜圈面。不过对于宇宙的拓扑结构,或许我们不该这么早下结论。宇宙学研究的一个麻烦在于,宇宙只有一个,我们没有大量的样本来进行比较;宇宙的演化只有一次,我们今天看到的宇宙的样子,不排除是一系列偶然事件的结果。例如,一个无限大的平坦宇宙并非不能产生科学家们观测到的温度涨落相关性规律,只不过这样的概率比甜甜圈状的宇宙小了许多而已。 我们或许不必着急,因为几项新的观测计划正在进行中。例如位于智利的西蒙斯天文台(Simons Observatory)正在执行观测任务,其目标是绘制出比普朗克卫星精度更高的宇宙微波背景辐射极化图,第一份数据将于2022年获得。再比如,欧洲航天局(ESA)计划在2022年发射“欧几里得”号卫星,作为普朗克卫星的接替和补充,将继续探索宇宙膨胀的历史以及宇宙结构的形成过程。我们期待在新的观测结果出现后,关于宇宙的形状,科学家们又会有新的讨论。 相关论文链接 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41550-019-0906-9&urlrefer=8edd5b03060929123ead022c514c0d0c http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Farxiv.org%2Fabs%2F2002.06892&urlrefer=a0d1d7f9a8dd79fc1a160baa11a8c34f http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Farxiv.org%2Fabs%2F2106.13205&urlrefer=59f97b5bd625095974057d2e26198c8d
第三类永动机成真了,谷歌量子计算机成功构造时间晶体 “第三类永动机”是指依靠惯性保持运动,不受摩擦力等其他耗散力影响的机械系统。诺奖得主维尔切克构思出的时间晶体能永远在不同状态之间循环而不消耗能量,因此属于第三类永动机。 不过,因为机械系统的能量耗散无法避免,这类永动机被认为不可能存在。但是最近,一个物理学家团队宣布,他们在谷歌量子计算机中成功构造了物质的时间晶体相。时间晶体能在两个状态之间来回切换,而不消耗能量。 7 月 29 日,谷歌的研究者与美国斯坦福大学、普林斯顿大学和其他大学的物理学家团队在一篇预印本论文中宣布,他们使用谷歌的量子计算机实现了真正的“时间晶体”(time crystal)。而在 7 月早些时候,另一个研究团队也宣称在钻石中创建了一种时间晶体。 物理学家致力于实现时间晶体已有多年。时间晶体是一种物质相,其组成成分有规律地重复循环运动,其不断变化却不消耗任何能量。 “时间晶体理论出乎物理学家预料:它似乎违反了热力学第二定律,”德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所主席、谷歌论文的合著者 Roderich Moessner 说。根据热力学第二定律,系统的无序性总会增加。 时间对称性(time-translation symmetry)是稳定物体在时间上保持不变的一般规律,时间晶体是首个出现“时间对称性自发破缺”(spontaneous break)的物质。时间晶体既稳定,又不断变化,以周期性的间隔重现特定状态。 时间晶体是一类新的物质的相,它扩展了相的定义。已知的所有物相,如液相(水)或固相(冰),都处于热力学平衡态:组成这些系统的原子处于环境温度所允许的最低能量状态,并且它们的特性并不随时间变化。时间晶体是首个“失去平衡”的物相:尽管处于能量更高的激发态,随着时间不断演化,却具有完美的有序性和稳定性。 “我们正是在这个激动人心的新领域展开研究,”在研究生阶段与参与了谷歌团队研究的合著者、现任职于斯坦福大学的凝聚态物理学家 Vedika Khemi 说。 普林斯顿大学的 Khemani、Moessner、Shivaji Sondhi 和英国拉夫堡大学的 Achilleas Lazarides 于 2015 年发现了这一物相存在的可能,并描述了其关键特性;不久后,一个由微软 Station Q 的 Chetan Nayak 和加州大学圣芭芭拉分校领导的团队将其称为“时间晶体”。这一概念由诺贝尔奖获得者、物理学家弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)在 2012 年首次提出。 在过去的五年里,研究人员竞相尝试在实验室中创造时间晶体。一些团队取得了初步成就,尽管达到了自定的要求,但并不符合确认时间晶体存在所需的全部标准。“有理由认为这些实验并未完全成功。而相比那些早期研究,像谷歌这样的量子计算机更适合用来完成这一实验,”未参与这项新研究的牛津大学凝聚态物理学家 John Chalker 说。用于存放谷歌量子处理器的低温恒温器 2019 年,谷歌量子计算团队宣布首次执行了一项普通计算机无法以有意义的耗时完成的计算任务,引发了关注。然而这一任务是为了显示量子计算机的速度优势而设计的,本身并没有太大实际意义。现在,对时间晶体的全新演示标志着量子计算机的第一项有回报的工作。 “这是谷歌量子计算机的绝妙应用,”Nayak 说。 7 月 29 日的预印本已经向期刊投稿。该研究和近期其他成果表明,研究人员最初寄予量子计算机的厚望终于实现。1982 年,物理学家理查德·费曼(Richard Feynmann)在他提出量子计算机构想的论文中认为,量子计算机能够用来模拟人们能够想到的任何量子系统中的粒子。 时间晶体实现了这一愿景。由于其精妙的组成,自然本身或许永远无法创造出这样的量子物体。是想象力构建了它的“配方”,而大自然最令人费解的规律将“原料”融为一体。
核钟可能比原子钟更精确 自人类文明伊始,我们就开始利用一些能观察到的周期性现象进行计时。太阳东升西落,人们学会在地上竖起一根木棍,通过步测影子的长度读出时间,这就是最初的时钟,也被称为日规。而后,人们在日规的基础上发展出更精巧的日晷。后来,水钟和钟摆的出现使得计时越来越不依赖自然的日光。 如今,原子的振荡是科学家目前所能观测到的最稳定的周期性事件,而原子钟也成了目前世界上最精确的计时器,它的稳定程度甚至超过了自然行星系统的运行。现今最精确的光学原子钟差不多能精确到10¹⁸分之一,换句话说,如果它从宇宙大爆炸之初就开始运行,一直走到今天,误差也不超过1秒。核钟的艺术家畅想图 然而科学家并没有止步于此,他们正努力制造出一种比原子钟更精确的时钟。它被称为核钟,甚至可能成为有史以来最精确的计时器,据估计,其精度可以达到原子钟的10倍。物理学家相信,随着时钟精确度的不断提高,它们能帮助探索更多问题,将探索的目光推向更极致的边缘。 原子钟利用的是电子的能量跃迁来计时。根据量子物理学,原子中的电子在特定的能级上只能携带一定量的能量。为了使原子中的电子从一个能级到达另一个能级,必须用适当频率的激光照射原子。这一频率,也就是光的电磁波振荡的速率,就可以作为一个非常精确的计时器。原子中的电子及其能级简化示意图 就像原子中的电子一样,原子核里的质子和中子同样占据着不连续的能级。但不同的是,原子核受到强大的核力作用,这种力将质子和中子牢牢绑在一起。 原则上来说,物理学家可以利用原子核的物理特性,制造出全新的核钟。核钟能通过核能级之间的跃迁,而不是电子能级的跃迁来计时。值得注意的是,由于原子核比原子的电子壳层小得多,它对外界的扰动更加不敏感。原子核能够抵御会干扰原子钟的杂散电场或磁场的影响。因此一些物理学家相信,核钟更稳定,也更精确。 但问题在于,如果要用原子核计时,就需要激发原子核能级之间的跃迁。科学家清楚,对大多数原子核来说 激光或许“力所不能及”,这需要比激光更高能量的光。幸运的是,在所有已知的原子核中,物理学家已经发现了一个例外,那是个“怪咖”:在钍-229中,有一对能量足够接近的相邻能级,激光就有可能引发跃迁。 更精确地测量这种跃迁的能量,便是建造钍核钟的关键一步。2019年《自然》杂志上的论文报道,一组物理学家通过测量原子核在两个能级之间跃迁时发射的电子来估算其能量。在2020年的一项新研究中,研究人员测量了钍原子核能够产生的其他能量跃迁,减去它们,就可以推断出核钟跃迁的能量。自1994年起发表的钍-229能值,不同形状标识代表不同研究,最后四组(星标)即为最新研究得到的新数据。红色粗线代表着最近8次测量的加权均值,大约为8.12±0.11eV,相当于152.7±2.1 nm的波长。 研究人员一致认为,这种跃迁的能量大约是8电子伏特多一点,这种能量相当于紫外线的波长范围,在这种情况下,用激光激发跃迁是可能的,但也正处于目前科学家能力极限的边缘。 在了解跃迁能量的大小之后,科学家下一步的目标就是用激光触发它,并在未来数年内建造出真正的核钟。目前,科学家尝试的方法包括频率梳和电子桥等。频率梳是一种创建激光不连续频率阵列的方法,它有望启动跃迁,并更准确地测量其能量;而电子桥的大致原理则是使激光首先激发电子,然后再将能量转移到原子核。 不少物理学家相信,更精确的时钟可以推动依赖于它们的技术的改进,比如GPS导航。核钟还可以让人们对物理学中的基本思想进行新的测试,许多物理学家感兴趣的是,它可以帮助确定自然中的一些基本常数是否会随时间而变化。 例如,一些研究表明,精细结构常数(决定电磁相互作用强度的数字)在某些情况下可能会产生变化,而核钟就是寻找基本常数变化的完美系统。这些装置同样能够测试爱因斯坦的广义相对论的基础,也就是所谓的等效原理。这种极为精确的时钟甚至还有潜力用于寻找暗物质,或者解决物理学中的一些大问题,帮助揭开物理学的新篇章。 【以上为转载内容】
首次在观测中证实霍金黑洞面积定理!他们从引力波中算出黑洞面积 50年前霍金提出的黑洞面积永不减小定理,现在终于被证实了。 通过一道黑洞合并后发出的引力波,麻省理工的科学家们推算出了黑洞合并前和合并后的面积。 结果表明,黑洞合并后的总面积没有减小。 这与霍金在1971年提出的“宇宙中黑洞的总面积总是不会缩小”,完全重合。 而且,这也是科学家们首次从实际观测中论证这一原理,研究成果已在《物理评论快报》上发表。被证实的霍金黑洞面积定理,到底是在讲什么呢? 1971年,霍金在理论上推导出:黑洞的边界(事件视界,event horizon)永远不会缩小,这一定理后来被命名为“霍金面积定理”。 也就是说,宇宙中所有黑洞的总面积,是永远不会减少的。 而这一定理在黑洞研究史上非常重要,在此之后物理学家们开启了黑洞热力学的研究,此后提出了非常多黑洞领域重要的概念,比如黑洞熵、霍金辐射等等。 但此后很多年,物理学家们只是在理论上多次论证了黑洞面积定理是合理的,但始终没能在现实中得到验证。 直到2015年,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)观测到了第一个双黑洞合并的引力波信号GW150914,这让物理学家们看到了希望。 是不是可以通过探测到的数据,证实霍金黑洞面积定理了呢? 甚至连霍金本人,都曾与LIGO取得联系,询问他们的探测结果是否能用于证明。 但受限于当时的技术,信号中的许多信息还不能被提取出来。 直到2019年,研究人员开发了一种技术,可以提取出两个黑洞在发生碰撞的那一刻之后GW150914的一些信息。蓝色表示碰撞前,橙色表示碰撞后 他们从中挑选出特定的频率或其他嘈杂的余波信号,用这些信息可以计算出新产生黑洞的质量和自旋转速。 从“黑洞无毛定律”可以知道,无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)唯一确定。 由此就能计算出黑洞的面积。 那碰撞前的黑洞数据,是不是也能通过这样的方法来计算得出呢? 研究人员在GW150914达到峰值时将其分开,运用一个模型来分析碰撞前的信号,从而得出两个碰撞黑洞的质量和自旋速度。 最终结果表明,合并前双黑洞总面积大约为23.5万平方公里(相当于14个北京市;合并后的新黑洞面积约为36.7万平方公里(相当于22个北京市)。 后者显然大于前者,霍金黑洞面积原理真的被证实了! 该研究的第一作者、麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的爱因斯坦博士后研究员Maximiliano ISi表示:这就像是一个动物园,有一些黑洞可能遵循相对论和霍金定理,但可能会有例外。因此,这次结果不意味着结束,而是刚刚开始。 此外,因“对LIGO探测器及重力波探测的决定性贡献”,Rainer Weiss、Kip Stephen Thorne和Barry Clark Barish荣获2017年诺贝尔物理学奖。 而探测到这一信号的激光干涉引力波天文台(LIGO),是借助于激光干涉仪观测来自宇宙深处引力波的大型研究仪器。它由两台干涉仪组成:一个在华盛顿汉福德区,另一个在路易斯安那州利文斯顿,它们协同工作以探测引力波。 人类第一次观测到双黑洞合并引力波、第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,都是通过LIGO实现的。 论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fjournals.aps.org%2Fprl%2Fabstract%2F10.1103%2FPhysRevLett.127.011103&urlrefer=1586e4e668475cd210381752ddfc11d0
时钟越准确,产生的熵越高 钟表作为一种机器,像其他所有机器一样都要遵守热力学定律。 牛津大学的最新研究显示,时钟越准确,产生的熵越高 ,而且它们之间是线性关系。 实验用的时钟由一个悬浮在金属电极上的50纳米厚的氮化硅膜,和一个用于测量薄膜振动的电路组成。这相当于一个微型太阳能电池,通过给薄膜加热造成的振动就可以产生电流。 同时,薄膜每次振动都会留下电信号,测量电信号之间的间隔就相当于计时,而间隔的稳定性就代表时钟的准确性了。实验结果表明,提供的热量越多,时钟的运行就越精确,而且成正比。而更多的热量导致系统更大的热耗散,从而增加了熵。论文的附录部分对熵的计算方法做了补充说明。 时间为什么只能前进不能后退?我们为什么只能记得过去而不是将来? 天文学家爱丁顿用热力学中的熵增定律来解释这一问题,并命名为“时间之矢”。 在热力学中,孤立系统的熵不会减少,熵增的过程是不可逆的。时间也像箭矢一样向着一个方向,不会回头。 本次研究表明,时钟系统运行不仅导致熵的增加,而熵的增加又限制了时钟的精度。有助于帮助科学家进一步了解时间之矢。熵限制了时钟的最大可能精度,但这不意味着创造最多熵的时钟就会拥有最高精度。 研究人员Marcus Huber解释到:这有点像汽车使用燃料,使用更多的燃料并不意味着能开的更远,还要考虑发动机效率。 另外研究人员还不能确定的是,其他种类的时钟,如现在最精准的原子钟和光晶格钟,是否也存在熵与精度的这种关系。 研究人员Natalie Ares认为:了解这种关系可能有助于在未来时钟设计,特别是那些用于量子计算机和其他设备中的。在这些设备里,精度和温度都是至关重要的。 除此之外,本次研究还在展示了纳米设备如何将随机输入的能量转变成有用的功。 本研究来自牛津大学材料系Natalia Ares课题组,以及兰开斯特大学、维也纳技术大学、量子光学与量子信息研究所(IQOQI)。 第一作者是牛津大学博士生Anna Pearson,研究方向是低温腔体光力学在基础物理学测试中的应用。 论文地址: http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fdoi.org%2F10.1103%2FPhysRevX.11.021029&urlrefer=d2fc99efea252b7dd513eed3e632fa2d
实现500公里量级现场光纤量子通信 突破500公里量级! 中科大潘建伟在现场远距离量子通信上又创造了新的世界纪录。 目前,相关研究成果已分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》和《自然·光子学》。而且这次传输不是在实验室条件下,而是基于“济青干线”现场光缆这种实际场景中。 在无中继的条件下,克服了各种干扰,实现了428公里和511公里的远距离传输。 据悉,该研究由中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作开展。 此前,潘建伟教授还带队参与了“墨子号”量子科学实验卫星的研究工作。 这项研究到底厉害在哪里呢? 因为量子的不确定性、测量坍缩和不可克隆原理,量子通信是一种无法被窃听和计算破解的新型通信方式。 虽然非常安全,但是量子在光纤中传输有着指数级的损耗,经过50公里的光纤传输,信号将衰减至最初的十亿亿分之一。 而且量子的“不可克隆”原理,使得量子通信不能像传统光通信那样,通过中继放大信号。 因此,量子通信的光纤传输距离受到很大的限制。 目前,量子通信主要有两种方式:量子隐形传态和量子密钥分发。 在中科大的研究中,就是应用了后者。 但是限于通信光纤的损耗和探测器的噪声等原因,量子密钥分发系统通常只能在100公里内获得较高成码率。 在这样的情况下,研究人员使用了一种名为双场量子密钥分发(Twin-Field QKD,TF-QKD)的新型技术。 该技术巧妙地利用了单光子干涉的特性,将成码率与距离的关系从一般量子密钥分发的线性关系提升至平方根的水平。 因此可以获得远超过一般量子密钥分发方案的成码距离,并且理论上可以获得远高于一般量子密钥分发方案的成码率,为远距离、高性能量子密钥分发提供了新的方向。 此前,潘建伟团队已经在实验室内实现超过500公里TF-QKD的验证,但是在实际场景中的应用却十分困难。 因为它的条件极其苛刻。 该方案利用单光子干涉,为了保证干涉的稳定性,需要通信双方独立光源的波长差不能高于10 kHz的水平(比光子本身的频率低10个量级),并且在经过百公里以上的传输后需要控制光纤引起的相位差不高于0.3弧度(需要远小于光子波长)。 这使得在实际应用场景中,声音、震动、温度等等因素的变化都会产生干扰。 为此,潘建伟团队在连接山东济南与青岛的“济青干线”现场光缆上,基于王向斌提出的SNS-TF-QKD(“发送-不发送”双场量子密钥分发)协议,发展了时频传输技术和激光注入锁定技术,将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同;再针对现场复杂的链路环境,开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统; 此外,对于现场光缆中其他业务的串扰,精心设计了QKD光源的波长,并通过窄带滤波将串扰噪声滤除; 最后结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器,在现场将无中继光纤QKD的安全成码距离推至500公里以上。 论文链接:http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fdoi.org%2F10.1103%2FPhysRevLett.126.250502&urlrefer=a0c5c5ed54f28f506e85c50413ed00e0 http://tieba.baidu.com/mo/q/checkurl?url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fs41566-021-00828-5&urlrefer=b818223a826a1d35b0f9d5ac7cbc6f97
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