华盛顿大学科学家发现具有开关功能的突破性超导体 对外界刺激特别敏感

华盛顿大学科学家发现具有开关功能的突破性超导体 对外界刺激特别敏感 随着工业计算需求的增长，满足这些需求所需的硬件的尺寸和能耗也随之增长。超导材料是解决这一难题的可能方案，它可以成倍地降低能耗。试想一下，将一个装满不断运行的服务器的巨型数据中心冷却到近乎绝对零度，就能以惊人的能效进行大规模计算。超导研究取得突破华盛顿大学（University of Washington）和美国能源部阿贡国家实验室（DOE'sArgonne National Laboratory）的物理学家们取得了一项发现，它有助于实现这一更高效的未来。研究人员发现了一种对外界刺激特别敏感的超导材料，它可以随意增强或抑制超导特性。这为高能效可切换超导电路带来了新的机遇。论文发表在《科学进展》（Science Advances）上。超导是一种量子力学物质相，在这种物质中，电流可以零电阻流过材料。这带来了完美的电子传输效率。超导体被用于磁共振成像、粒子加速器、核聚变反应堆甚至悬浮列车等先进技术中最强大的电磁铁中。超导体还可用于量子计算。挑战与创新当今的电子产品使用半导体晶体管来快速开关电流，从而产生信息处理中使用的二进制 1 和 0。由于这些电流必须流经具有有限电阻的材料，因此部分能量会以热量的形式被浪费掉。这就是为什么电脑会随着时间的推移而发热。超导所需的温度很低，通常低于冰点 200华氏度以上，因此这些材料不适合用于手持设备。不过，可以想象它们在工业规模上的用途。由华盛顿大学的舒亚-桑切斯（Shua Sanchez）领导的研究小组研究了一种不寻常的超导材料，它具有非凡的可调性。这种晶体由夹在铁、钴和砷原子超导层之间的铁磁性铕原子平板构成。桑切斯说，在自然界中同时发现铁磁性和超导性是极为罕见的，因为通常一种相位会压倒另一种相位。桑切斯说："对超导层来说，这实际上是一种非常不舒服的情况，因为它们会被周围铕原子的磁场穿透，这会削弱超导性，导致有限的电阻"。先进的研究技术和成果为了了解这些阶段之间的相互作用，桑切斯在美国领先的 X 射线光源位于阿贡的能源部科学办公室用户设施先进光子源（APS）实习了一年。在那里，他得到了能源部科学研究生研究计划的支持。桑切斯与 APS 4-ID 和 6-ID 光束线的物理学家合作，开发了一个能够探测复杂材料微观细节的综合表征平台。桑切斯和他的合作者综合利用 X 射线技术，证明对晶体施加磁场可以调整铕磁场线的方向，使其与超导层平行。这消除了它们之间的拮抗作用，并导致出现零电阻状态。利用电学测量和 X 射线散射技术，科学家们能够证实他们能够控制材料的行为。"控制超导性的独立参数的性质相当引人入胜，因为人们可以绘制出控制这种效应的完整方法，"论文的共同作者、阿贡大学的菲利普-瑞安说。"这种潜力提出了几个令人着迷的想法，包括为量子设备调节场灵敏度的能力"。研究小组随后对晶体施加应力，结果非常有趣。他们发现，即使不重新调整磁场方向，超导电性也能被提升到足以克服磁性的程度，或者被削弱到磁场重新定向不再能产生零电阻状态的程度。这一附加参数允许控制和定制材料对磁性的敏感性。桑切斯说："这种材料令人兴奋，因为你可以在多个相之间进行密切竞争，通过施加一个小应力或磁场，你就可以使一个相比另一个相更强，从而开启或关闭超导电性。绝大多数超导体都没有这么容易切换。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

印度首个太阳探测器顺利升空

印度首个太阳探测器顺利升空 印度发射月球探测器实现无人登月一个星期后，星期六（9月2日）发射太阳探测器，希望在航空领域实现另一个里程碑。 一枚装载有印度首个太阳探测器“太阳神-L1”号(Aditya-L1)的火箭，于新加坡时间9月2日下午2时20分在印度斯里赫里戈达岛（Sriharikota）发射升空。太阳探测器将携带科学仪器在四个月的旅程中飞行150万公里，抵达拉格朗日L1点（Lagrange Point 1），开始太阳最外层的观测任务。 法新社报道，有近50万名观众观看了探测器发射的直播，发射场附近的观景台也有数以千计的民众观看探测器升空，在火箭上升时发出的震耳欲聋的噪音中疯狂欢呼。 当飞船驶向地球大气层的外边时，印度空间研究组织（ISRO）的一名官员在任务控制中心宣布：“发射成功，一切正常。” 中国新闻社引述《今日印度》称，此次飞行任务的目的是深入了解太阳活动的各个方面及其对空间天气的影响，其目标包括了解太阳风和空间天气的形成原因和构成要素，研究日冕物质抛射的动力学以及观察太阳圆盘等，同时旨在解决太阳物理学中一些尚未解决的问题。 天体物理学家索马克·雷乔杜里 (Somak Raychaudhury )星期五（1日）对新德里电视台 (NDTV) 说：“这对印度来说是一项具有挑战性的任务。”他说，探测器将研究日冕物质抛射，这是一种太阳大气层释出大量等离子和磁能的周期性现象。 [Media] 自1960年代开始，美国和欧洲航天局（ESA）就发射探测器到太阳系的中心。中国和日本都向地球轨道发射了各自的太阳观测器。如果印度此次发射取得成功，将是亚洲国家的太阳探测器首次进入太阳轨道。 此前，印度的“月船3”号（Chandrayaan-3）探测器在8月23日傍晚成功在月球南极表面软着陆，印度成为首个在月球南极着陆的国家。

利用AI构建的工具可以有效替代目前快速重建粒子轨迹的方法

利用AI构建的工具可以有效替代目前快速重建粒子轨迹的方法 在核物理领域，电子设备的日子并不好过。世界上最强大的加速器大型强子对撞机（LHC）会产生大量数据，因此，记录所有数据从来都不是一种选择。因此，处理来自探测器的信号波的系统专门从事......"遗忘"它们在几分之一秒内重建二次粒子的轨迹，并评估刚刚观察到的碰撞是否可以忽略，或者是否值得保存下来以作进一步分析。然而，目前重建粒子轨迹的方法很快就不够用了。粒子跟踪中的人工智能波兰克拉科夫波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）的科学家在《计算机科学》（Computer Science）杂志上发表的研究报告指出，利用人工智能构建的工具可以有效替代目前快速重建粒子轨迹的方法。这些工具可能会在未来两三年内首次亮相，很可能是在支持寻找新物理学的 MUonE 实验中。根据 MUonE 探测器内碰撞时记录的撞击情况重建二次粒子轨迹的原理。后续目标用金色标出，硅探测器层用蓝色标出。资料来源：IFJ PAN粒子探测的复杂性在现代高能物理实验中，从碰撞点偏离的粒子会连续穿过探测器的各个层，并在每一层沉积一点能量。在实践中，这意味着如果探测器由十层组成，而二次粒子穿过所有层，则必须根据十个点重建其路径。这项任务看似简单。"探测器内部通常有一个磁场。带电粒子在磁场中沿着弯曲的线运动，这也是被它们激活的探测器元件（用我们的行话说就是"命中"）相互之间的位置关系，"Marcin Kucharczyk 教授（IFJ PAN）解释说，并立即补充道："在现实中，所谓的探测器占用率，即每个探测器元件的命中数，可能会非常高，这在试图正确重建粒子轨迹时会造成很多问题。特别是，重建相互靠近的轨迹是一个相当大的问题"。旨在发现新物理学的实验将以比以前更高的能量碰撞粒子，这意味着每次碰撞将产生更多的次级粒子。光束的亮度也必须更高，这反过来又会增加单位时间内的碰撞次数。在这种情况下，传统的粒子轨迹重建方法已无法应对。在需要快速识别某些普遍模式的情况下，人工智能就能提供帮助。人工智能作为一种解决方案"我们设计的人工智能是一个深度型神经网络。它包括一个由 20 个神经元组成的输入层、四个各由 1 000 个神经元组成的隐藏层和一个由 8 个神经元组成的输出层。每一层的所有神经元都与相邻层的所有神经元相连。该网络总共有 200 万个配置参数，其值在学习过程中设定，"Milosz Zdybal 博士（IFJ PAN）介绍说。由此编制的深度神经网络使用 40000 次模拟粒子碰撞进行训练，并辅以人工生成的噪声。在测试阶段，只向网络输入碰撞信息。由于这些信息来自计算机模拟，因此肇事粒子的原始轨迹是准确已知的，可以与人工智能提供的重建信息进行比较。在此基础上，人工智能学会了正确地重建粒子轨迹。"在我们的论文中，我们展示了在适当准备的数据库上训练的深度神经网络能够像经典算法一样精确地重建二次粒子轨迹。这一结果对探测技术的发展具有重要意义。虽然训练深度神经网络是一个漫长且需要大量计算的过程，但经过训练的网络却能立即做出反应。"Kucharczyk 教授强调说："由于它的精确度令人满意，我们可以乐观地考虑在实际碰撞中使用它。"MUonE 实验与未来物理学IFJ PAN 的人工智能最有机会证明自己的实验是 MUonE（μ介子对电子弹性散射）。该实验研究了与μ介子（质量约为电子的 200 倍的粒子）有关的某个物理量的测量值与标准模型（即用于描述基本粒子世界的模型）的预测值之间的有趣差异。在美国费米实验室加速器中心进行的测量显示，μ介子的所谓反常磁矩与标准模型的预测值相差高达 4.2 个标准偏差（简称西格玛）。与此同时，物理学界公认，5 个西格玛以上的显著性（相当于 99.99995% 的确定性）是宣布一项发现的可接受值。如果能够提高标准模型预测的精确度，那么表明新物理学的差异的意义就会大大增加。然而，为了在它的帮助下更好地确定μ介子的反常磁矩，有必要知道被称为强子修正的参数的更精确值。遗憾的是，对这一参数进行数学计算是不可能的。在这一点上，MUonE 实验的作用就显而易见了。在该实验中，科学家们打算研究μ介子对碳或铍等低原子序数原子的电子的散射。研究结果将有助于更精确地确定某些直接取决于强子修正的物理参数。如果一切都按照物理学家的计划进行，通过这种方法确定的强子修正值将使测量μ介子反常磁矩的理论值和测量值之间的差异的可信度增加多达 7 个西格玛迄今为止未知物理的存在可能成为现实。MUonE 实验最早将于明年在欧洲核子研究中心（CERN）的核设施启动，但目标阶段已计划到 2027 年，届时克拉科夫的物理学家们将有机会看到他们创造的人工智能能否完成重建粒子轨迹的工作。在真实实验条件下确认其有效性可能标志着粒子探测技术新时代的开始。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA 要往天王星发探测器了！

NASA 要往天王星发探测器了！ ……至少美国国家学院刚刚发布的《行星科学和天体生物学十年战略规划 20232032 版》把它安排到了最高优先级的旗舰行星探测任务。 《十年战略》中建议执行的任务有： - 火星采样返回 - 火星勘探任务（探索更多生命信号，以及通过低纬度的水冰探索人类居住的可能性） - 月球发现和勘探任务 - 短预警时间的近地物体威胁（aka 小行星撞地球）化解实验 - 天王星环绕器和探测器（UOP），推荐 2031 年发射 - 土卫二环绕着陆器，或者多次飞掠探测器，推荐 2050 年到达 - 从新疆界七号任务组（New Frontiers 7 Missions）中选择一些中等大小的任务执行： - 半人马小行星（一种轨道不稳定、穿越气体巨星轨道的小行星）环绕器和着陆器 - 谷神星采样返回 - 彗星表面采样返回 - 土卫二多次飞掠探测 - 月球地理网络 - 土星探测器 - 土卫六环绕器 - 金星实地探测器 - 海卫一海洋世界探测器 新闻 百科 《十年战略》全文

通用原子公司正在研制小型商用粒子加速器

通用原子公司正在研制小型商用粒子加速器 杰斐逊实验室准备新紧凑型加速器腔体的团队成员一个由公共和私营部门研究人员组成的团队利用现成的工业部件，制造出了一个小型粒子加速器原型，这可能会对该技术的商业应用产生重大影响。在这种思想的驱使下，来自美国能源部托马斯-杰斐逊国家加速器设施和能源与国防公司通用原子公司等一系列机构的科学家们开始寻找制造更经济、更紧凑的电子束粒子加速器的方法。得益于两项新的创新，他们取得了成功。获得转让其中第一个突破是加速器腔体的设计方式。在创建原型的过程中，团队成员知道他们想把重点放在超导射频（SRF）粒子加速上，就像杰斐逊实验室连续电子束加速器设备中的系统一样。这种加速器通常内衬一种叫做铌的金属，这种金属在接近绝对零度时具有超导性。正在通用原子公司组装的原型腔体 图/通用原子能公司在新的原型中，研究小组首先使用铌，然后在其上添加了一层铌锡合金。这意味着腔体可以在更高的温度下工作，无需进行如此强烈的超强冷却。接下来，科学家们首先在腔室外部覆盖了一层 2 毫米（0.08 英寸）的覆铜板，然后又覆盖了一层更厚的 5 毫米（0.2 英寸）覆铜板。这样的设计使得腔室能够更容易地通过传导过程将粒子加速过程中产生的热量传递到室外。杰斐逊实验室的科学家 Gianluigi"Gigi"Ciovati 是该项目的负责人，他说："基本上是通过冷喷和电镀相结合的方法，在空腔外部建造了一个铜热毯。这为内表面产生的热量提供了一条高导热路径，使热量转移到外表面，然后流向低温冷却器"。得益于这种基于传导的设计，该系统可以在 4 开尔文（-452 °F）的温度下运行，是大型系统所需温度的两倍。制造加速器的铜结构 图/通用原子能公司保持冷静这就引出了第二项创新：低温冷却器。在大型粒子加速器中，系统通常使用液氦低温设备进行冷却。这种设备不仅造价昂贵，而且维护费用也很高。在新原型中，研究小组决定使用现成的低温冷却器，这种制冷系统主要用于保持许多核磁共振成像仪中超导磁体的冷却。低温冷却器的"冷头"朝向加速器腔体，结果发现它们能成功地将新的传导腔体冷却到所需的 4 开尔文。Ciovati说："突破性技术之一是能够利用这些紧凑型商用设备通过传导对空腔进行冷却，而不是使用大型、复杂和昂贵的低温冷却设备。我们正在研究的系统不需要液氦低温设备。"支架车上的 HTC 横截面效果图 图/通用原子能公司测试通用原子公司在一个被称为水平低温恒温器的系统中对新设计进行了测试。通用原子公司磁聚变能源（MFE）部门的科学家德鲁-帕卡德（Drew Packard）说："首先，将低温恒温器中的空气抽空，然后将空腔冷却到超导阈值以下，并用小射频信号进行激励，以展示电加速梯度。通过诊断，我们证明传导冷却腔体的性能达到了与之前在杰斐逊实验室进行的液氦测试相同的规格。"研究人员说，事实上，原型机产生的峰值表面磁场达到了 50 毫特斯拉，这是迄今为止类似装置产生的最高磁场。研究小组表示，这证明其新型紧凑型加速器可以产生增益为 100 万电子伏特（MeV）的电子，因此具有商业可行性。例如，这种系统可以帮助生产核医学用同位素，或帮助净化环境。"电子束在各种商业应用中都非常有用，"帕卡德说。"这种紧凑型超导加速器技术在环境修复方面具有相当大的潜力，水净化就是一个例子。未经处理的水中可能含有不安全浓度的化学品，如药品或全氟辛烷磺酸，以及有害病原体，如大肠杆菌或沙门氏菌。电子束能非常有效地撕裂复杂分子和有机物，并将其分解成对人类健康和环境威胁较小的基本粒子。"该团队表示，现在将探索如何增强该系统，使其电子束能够更深入地穿透材料，同时还将寻找在其上添加模块的方法，使其性能更加出色。描述该系统的研究成果已发表在《物理评论加速器与光束》杂志上。 ... PC版： 手机版：

北京大学等机构科研人员发表论文称 LK-99 半悬浮样品不是超导，是铁磁材料

北京大学等机构科研人员发表论文称 LK-99 半悬浮样品不是超导，是铁磁材料 今天，来自北京大学、中国科学院大学等机构的研究人员称，LK-99 表现出的是铁磁性半悬浮现象，不具超导性。 研究者认为，软铁磁足以解释 LK-99 在强垂直磁场中的半悬浮现象。测量结果没有表明样品中存在迈斯纳效应或零电阻，因此实验得到的 LK-99 样品不具超导性。 同时，印度国家实验室也发表论文称，所得 LK-99 样品在室温下不具备超导性。 美国马里兰大学凝聚态物质理论中心（CMTC）也转发了最新的研究，称 LK-99 不是超导体，甚至在室温（或极低温度）下也不是。它只是一种电阻非常高的劣质材料。