科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用 标准模型是粒子物理学中一个非常成功的理论框架，描述了基本粒子和四种基本相互作用。然而，标准模型仍然无法解释当前宇宙学中的一些重要观测事实，例如暗物质和暗能量。一些理论认为，新粒子可以充当传播者，在标准模型粒子之间传递新的相互作用。目前，缺乏关于自旋速度相关新相互作用的实验研究，特别是在相对较小的力距离范围内，几乎不存在实验验证。研究人员设计了一个配备两颗钻石的实验装置。使用化学气相沉积在每颗钻石表面制备了高质量的氮空位 （NV） 集成。一个NV系综中的电子自旋用作自旋传感器，而另一个则充当自旋源。研究人员通过相干地操纵两个金刚石NV系综的自旋量子态和相对速度，在微米尺度上寻找电子速度依赖性自旋之间的新相互作用效应。首先，他们使用自旋传感器来表征磁偶极子与自旋源的相互作用作为参考。然后，通过调制自旋源的振动并执行锁定检测和相位正交分析，他们测量了SSIVD。研究的实验结果。图片来源：DU et al.对于两种新的相互作用，研究人员分别在小于1厘米和小于1公里的力范围内进行了首次实验检测，获得了宝贵的实验数据。正如编辑所说，“这些结果为量子传感界带来了新的见解，以利用固态自旋的紧凑、灵活和敏感特征来探索基本相互作用。该团队由中国科学院中国科学技术大学杜江峰院士和邢荣教授领导，浙江大学焦满教授合作。更多信息：Yue Huang 等人，与固态量子传感器的奇异自旋-自旋-速度相关相互作用的新约束，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.180801 ... PC版： 手机版：

科学家在实验室制造出至今最冷物质

科学家在实验室制造出至今最冷物质 根据发表在《Nature Physics》期刊上的一项研究，日美科学家在实验室内制造出至今。 在最新研究中，科学家使用激光，限制了 30 万个原子在光学晶格内的运动。该实验模拟了理论物理学家约翰·哈伯德于1963年首次提出的量子物理模型哈伯德模型。该模型允许原子展示不寻常的量子特性，包括电子之间的集体行为，如超导（导电而不损失能量）等。研究人员称，他们造出的冷却物质甚至比太空中已知最冷的区域旋镖星云还要冷，旋镖星云距离地球 3000光年，是围绕在半人马座中一颗垂死恒星周围的一团气体云。科学家们认为，旋镖星云正被星云中心垂死恒星喷出的冷膨胀气体冷却，因此此处的温度比宇宙其他部分还要冷，约为 1 开尔文或零下272摄氏度，仅比绝对零度（零下273.15摄氏度）高1摄氏度。但在最新实验中，镱原子的温度比旋镖星云的温度还要低。 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜

中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜 两颗正在合并的中子星的艺术家插图。资料来源：NSF/LIGO/索诺玛州立大学/A. Simonnet类轴子粒子研究文理学院的物理学家布帕尔-德夫（Bhupal Dev）利用这次中子星合并的观测结果天文学界将这一事件命名为GW170817得出了关于类轴子粒子的新约束条件。这些假想粒子尚未被直接观测到，但它们出现在标准物理学模型的许多扩展中。轴子和类轴子粒子是构成科学家至今无法解释的宇宙中部分或全部"缺失"物质或暗物质的主要候选粒子。至少，这些相互作用微弱的粒子可以作为一种门户，将人类所知的可见部分与宇宙中未知的黑暗部分连接起来。《物理评论快报》（Physical Review Letters）上这项研究的第一作者、该大学麦克唐纳空间科学中心（McDonnell Center for the Space Sciences）的研究员德夫说："我们有充分的理由怀疑，超越标准模型的新物理学可能就潜伏在不远处。"中子星合并的启示当两颗中子星合并时，会在短时间内形成一个高温、高密度的残余物。德夫说，这个残余物是产生奇异粒子的理想温床。残余物会在一秒钟内变得比单个恒星热得多，然后根据初始质量的不同，沉淀为一颗更大的中子星或黑洞。在这幅动画中，注定要灭亡的中子星呼啸着走向灭亡，它代表了在 GW170817 发生九天后观测到的现象。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI 实验室这些新粒子悄无声息地逃离了碰撞的碎片，在远离其源头的地方，可以衰变成已知的粒子，通常是光子。德夫和他的团队（包括华盛顿大学校友史蒂文-哈里斯（现为印第安纳大学 NP3M 研究员）以及让-弗朗索瓦-福尔廷、库弗-辛哈和张永超）发现，这些逃逸的粒子会产生独特的电磁信号，可以被美国宇航局的费米-LAT 等伽马射线望远镜探测到。研究小组分析了这些电磁信号的光谱和时间信息，确定他们可以将这些信号与已知的天体物理背景区分开来。然后，他们利用费米-LAT关于GW170817的数据，推导出轴子-光子耦合作为轴子质量函数的新约束条件。这些天体物理约束与实验室实验（如轴子暗物质实验（ADMX））的约束相辅相成，后者探测的是轴子参数空间的不同区域。粒子物理学的未来前景未来，科学家们可以利用现有的伽马射线太空望远镜（如费米-LAT）或拟议中的伽马射线任务（如华盛顿大学领导的先进粒子-天体物理学望远镜（APT）），在中子星碰撞期间进行其他测量，帮助提高他们对类轴心粒子的理解。德夫说："中子星合并等极端天体物理环境为我们寻找轴子等暗部门粒子提供了新的机会之窗，轴子可能是了解宇宙中缺少的85%物质的关键。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家成功解码“材料基因组”

科学家成功解码“材料基因组” 来自原子探针的模拟二维原子图像。图片来源：悉尼大学这一突破对于开发创新材料至关重要，将推动人们开发用于航空航天业的更坚固且更轻的合金、用于电子设备的新一代半导体以及用于电动机的改进磁铁。该研究利用原子探针断层扫描（APT）技术来解开短程阶（SRO）的复杂性。SRO工艺是了解局部原子环境的关键。SRO经常被比作“材料基因组”，即晶体内原子的排列或构型。其重要性在于不同的局部原子排列会影响材料的电子、磁性、力学、光学和其他特性，这些特性对之后产品的安全性和功能性有极大影响。此次研究的重点是钴-铬-镍高熵合金，这类合金在高级工程应用中非常有前途。团队利用复杂的APT成像数据，并结合先进的数据科学技术，实现了以3D形式可视化原子，从而观察和测量SRO，并比较在不同加工条件下合金的变化。该研究为SRO如何控制关键材料特性研究提供了模板，也为科学家提供了一双新“眼睛”，从而可以看到原子级架构的微小变化，是如何导致材料性能的巨大飞跃的。至关重要的是，SRO提供了详细的原子级蓝图，增强了人们对材料行为的计算模拟、建模和最终预测的能力。 ... PC版： 手机版：

科学家发现利用营养物质有效治疗癌症的新方法

科学家发现利用营养物质有效治疗癌症的新方法 一个国际研究小组开发出一种治疗癌症的新方法，利用营养物质重新激活癌细胞中休眠的代谢途径。研究小组利用一种广泛存在的氨基酸酪氨酸，以纳米药物的形式输送，改变了黑色素瘤（一种严重的皮肤癌）的新陈代谢，从而抑制了癌症的生长。澳大利亚是世界上皮肤癌发病率最高的国家。这种新方法可以与现有疗法相结合，更好地治疗黑色素瘤。这项技术还有可能治疗其他类型的癌症。这项研究由复旦大学的卜文波教授和悉尼科技大学的金大勇教授领导，最近发表在著名期刊《自然纳米技术》（NatureNanotechnology）上。酪氨酸在生物体内的生物利用率有限。然而，研究人员利用一种新的纳米技术，将酪氨酸包装成被称为纳米微粒的微小颗粒，这种微粒会被癌细胞膜吸引，并很容易分解，从而促进吸收。研究小组随后在小鼠和实验室中的人源黑色素瘤细胞中测试了这种创新疗法，发现酪氨酸纳米微粒重新激活了休眠代谢途径，引发了黑色素合成，抑制了肿瘤生长。"不受控制的快速生长是癌细胞区别于正常细胞的一个关键特征。在癌细胞中，一些新陈代谢途径被过度激活，而另一些则被抑制，从而为快速扩散创造了必要的环境，"金教授说。"虽然此前已开发出一些基于代谢的癌症药物，如阻碍乳腺癌中雌激素合成的芳香化酶抑制剂和针对各种癌症中糖酵解的HK2抑制剂，但这些药物都是通过抑制过度激活代谢途径来发挥作用的。""我们的研究首次表明，通过重新激活处于休眠状态的新陈代谢途径，可以阻止癌症的发生。而这可以通过使用简单的营养物质来实现，如氨基酸、糖和维生素，它们安全、易得、耐受性好，"卜教授说。不同类型的癌症会对不同的营养物质做出反应。黑色素瘤细胞是从产生黑色素的皮肤细胞黑色素细胞发展而来的。黑色素的生成需要酪氨酸，酪氨酸能刺激黑色素的生成，因此对黑色素瘤有效。黑色素合成的重新激活迫使黑色素瘤细胞减少糖酵解（将糖转化为能量的过程），这被认为是其抗癌作用的机制。黑色素瘤细胞也容易受到热应力的影响。研究人员发现，通过将酪氨酸纳米簇治疗与近红外激光治疗相结合，他们能够在六天后根除小鼠体内的黑色素瘤，而且在研究期间黑色素瘤不会再次发生。研究结果表明，利用纳米药物治疗癌症有望开辟一个新领域。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

试图利用恒星的力量：科学家关注聚变研究中的温致密物质

试图利用恒星的力量：科学家关注聚变研究中的温致密物质 HIBEF 提供了对材料结构和极快自然过程的洞察力，例如发生在温热致密物质样本中的过程。图片来源：HZDR / 科学传播实验室未来，激光核聚变实验将不再采用"反复试验"的方法，而是以更有针对性的方式进行设计和实施，这也是商业核聚变发电站的必要前提。除了欧盟通过"公正过渡基金"（Just Transition Fund）提供资助外，萨克森自由州也直接为该项目提供了资助。核聚变过程所需的超高压和超高温是通过压缩一个最初非常冷的充满氢同位素氘和氚的胶囊来实现的。在聚变反应过程中，氢会在一定时间内进入一种特殊状态温致密物质（WDM）。就压力和温度而言，这种状态大致介于凝聚态物质和热等离子体之间，是多恩海姆的专业领域。2022 年底，这位年轻的研究员通过竞争程序获得了欧洲研究理事会价值近 150 万欧元的"启动资助"。目前，该项目的工作正在进行中：多恩海姆和他的团队正在开发机器学习方法，以便对波分复用进行可靠的理论描述。结构转型项目目前正在关注一个更加实际的挑战。"激光核聚变的一个主要问题是实现激光爆炸的稳定压缩，"CASUS"计算量子多体理论前沿"青年研究小组组长、ROLF 项目负责人多恩海姆解释说。"燃料囊的内爆必须尽可能均匀，即没有任何不稳定因素，以确保尽可能多的燃料被熔化，并释放出相应数量的可用能量。要做到这一点，我们必须首先加深对波分复用器行为方式的理解。"大型研究设施，如欧洲 XFEL 的亥姆霍兹国际极端场光束线（HIBEF）和美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF），对诸如行星和恒星内核中的温致密物质进行了实验研究。在这些设施中，利用强大的激光闪光可以在几分之一秒内产生波分复用器。多恩海姆的团队正在与这两个机构合作。分析激光聚变的一种重要实验方法是 X 射线汤姆逊散射（XRTS），而这正是新的 ROLF 项目的作用所在。让每个人都能获得 X 射线诊断在利用 X 射线散射进行诊断时，X 射线源会对准样品。测量在样品中偏转的光子的能量变化，并以此得出有关材料特性的结论。到目前为止，对测量数据的评估主要基于一系列不可控的近似值。然而，一年前，CASUS 团队证明，无需使用任何模拟或模型及其所有近似值和假设，就可以进行精确的数据评估。多恩海姆和他的团队采用了一种基本的数学方法，即拉普拉斯变换。在 ROLF 中，研究人员计划创建一个开源软件包，使所有激光熔融专家都能使用这种评估方法。此外，他们还打算进一步开发该方法，以便于在使用 XRTS 测量进行无模型、高精度温度测定之外的应用。将来，还可以确定其他相关变量，如波分复用器的密度或电离程度。然后，格尔利茨的团队打算使用新设计的软件来分析现有的 XRTS 数据，例如来自欧洲 XFEL 的数据，以开发和实验测试新的 X 射线散射测量方法。一旦 XRTS 诊断有了坚实的基础，从 X 射线散射中得出的结论将被纳入激光聚变模拟中。多恩海姆简要地展望道："我们认为，从这些模拟中得出的参数将能够大大改善舱体的压缩，并迎来全新一代的聚变实验。"HZDR 可为激光聚变做出贡献最近，联邦教育与研究部（BMBF）提出了一项新的聚变研究资助计划。其目的是在实现核聚变发电厂经济运行的国际挑战中发挥决定性作用。BMBF最近发表的一份立场文件强调了"精细诊断以验证代码和模型"的必要性。HZDR 的科学主任 Sebastian M. Schmidt 教授对 CASUS 项目获得资助感到非常高兴："有了 HIBEF、CASUS 以及我们的高功率激光器 DRACO 和 PENELOPE，HZDR 在激光核聚变研究中处于非常有利的地位，可以为激光核聚变研究做出重大贡献。我们可以破译为应用铺平道路的基本过程。"公正过渡基金（JTF）是欧盟的一项资助工具，主要惠及依赖硬煤和褐煤的地区。卢萨特褐煤矿区的萨克森部分共可获得 3.75 亿欧元。尽管大部分资金用于支持受结构变革影响最严重地区的经济，但学术机构也可以申请研发项目资金。因此，CASUS 通过"2021-2027 年研究 InfraProNet"资助指令，为 ROLF 项目获得了超过 70 万欧元的 100% 资助。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：