研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响

研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响 正电子冷却。欧洲核子研究中心的 AEgIS 合作小组在实验中演示了使用基于变石的激光系统对正电子进行激光冷却。资料来源：欧洲核子研究中心-米兰理工大学研究人员成功冷却了正电子原子，对反物质研究产生了重大影响，并促成了量子电动力学的新实验和反物质玻色-爱因斯坦凝聚物的可能性。被正电子束击中的多孔靶（室温）中流出的 Ps 原子的等效温度从 380 K 降至 170 K，相应地，Ps 均方根速度的横向分量也从 54 km/s 降至 37 km/s。正电子的独特性质Ps 是氢的小兄弟，正电子取代了质子。因此，它比氢轻约 2000 倍，能级降低了 2 倍。它很不稳定：在真空和基态下，两个粒子的自旋平行，它的湮灭寿命只有 142 毫微秒。在其短暂的生命周期内，必须进行 Ps 冷却，这使得这一过程相对于普通原子而言极具挑战性。使用大带宽脉冲激光器的好处是可以冷却大部分正电子云，同时延长它们的有效寿命，从而在冷却后获得更多的 Ps 供进一步实验使用。对反物质研究的影响AEgIS 实验的目的是测量反氢气的重力加速度（作为反物质弱等价原理的测试），在该实验中，最后一个加速度是通过处于激发态的 Ps 与被困反质子之间的反应获得的。Ps的速度越低，形成反氢的概率就越高，因此必须尽可能产生动能最低的Ps。推进基础科学和潜在应用获得足够"冷"的 Ps 原子对基础科学至关重要，例如，对 Ps 激发能级进行精密光谱分析，可以前所未有的精度测试量子电动力学，或用纯轻子系统测试等效原理。此外，建立一个冷铂原子集合体的可能性可以为第一个反物质玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC，已通过激光冷却普通原子获得）铺平道路，在这种状态下，量子力学现象会宏观地显现出来。正电子玻色-爱因斯坦凝聚态将导致受激湮灭，这已被提议作为产生伽马射线能量范围内的相干电磁辐射的一种方法。该成果已作为编辑亮点发表在《物理评论快报》上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员开发出从水波中获取更多"蓝色能量"的简单方法

研究人员开发出从水波中获取更多"蓝色能量"的简单方法 研究人员通过将液固纳米发电机的电极移至水流冲击的管端，从波浪中获取更多能量。来源：改编自《ACS 能源通讯》2024 期，DOI: 10/1021.acsenergylett.4c00072研究人员改进的管状波能收集装置被称为液固三电纳米发电机（TENG）。当水在管内来回滑动时，TENG 将机械能转化为电能。这些设备还不能大规模应用的一个原因是它们的能量输出较低。戴国璋、尹凯、颜俊亮及其同事旨在通过优化能量收集电极的位置，提高液固式 TENG 的能量收集能力。实验和结果研究人员使用 16 英寸透明塑料管制作了两个 TENG。在第一个装置中，他们将铜箔电极放在管子的中心这是传统液固式 TENG 的通常位置。在新设计中，他们在管子的一端插入了一个铜箔电极。然后，研究人员在管中注入四分之一的水，并密封管端。一根导线将电极与外部电路连接起来。将这两个装置放在台式摇杆上，水在管内来回流动，并通过将机械能（水撞击或滑动电极产生的摩擦力）转化为电能而产生电流。研究人员发现，与传统设计相比，优化设计将装置的机械能转化为电流的能力提高了 2.4 倍。在另一项实验中，当水分别进入电极覆盖的管段和流出管段时，经过优化的 TENG 闪烁 35 个 LED 灯。研究人员说，这些演示为更大规模地从海浪中收集蓝色能量奠定了基础，并展示了他们的设备在水下无线信号通信等其他应用方面的潜力。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 然而，这些慢速电子却极难测量。有关它们在固体材料中行为的知识非常有限，科学家们往往只能依靠反复试验。不过，维也纳工业大学现已成功获得有关这些电子行为的宝贵新信息：利用快速电子直接在材料中产生慢速电子。这样就能破译以前无法通过实验获得的细节。该方法现已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。同时产生两种电子维也纳工业大学应用物理研究所的沃尔夫冈-维尔纳（Wolfgang Werner）教授说："我们对慢速电子在材料内部（例如晶体内部或活细胞内部）的作用很感兴趣。要想找出答案，实际上必须直接在材料中建造一个小型实验室，才能直接进行现场测量。但这当然是不可能的。"Felix Blödorn、Julian Brunner、Alessandra Bellissimo、Florian Simperl、Wolfgang Werner。资料来源：维也纳工业大学迄今为止只能测量从材料中出来的电子，但这并不能告诉我们电子是在材料的哪个部位被释放出来的，以及从那时起电子发生了什么变化。维也纳科技大学的团队借助快速电子解决了这一问题，快速电子可以穿透材料并激发材料中的各种过程。例如，这些快速电子会扰乱材料正负电荷之间的平衡，从而导致另一个电子脱离其位置，以相对较低的速度移动，并在某些情况下逃离材料。现在的关键步骤是同时测量这些不同的电子："一方面，我们将电子射入材料，并测量它再次离开时的能量。另一方面，我们也同时测量哪些慢速电子从材料中出来。将这些数据结合起来，就有可能获得以前无法获得的信息。"快速电子在穿过材料的过程中损失了多少能量，可以提供它穿透材料多深的信息。这反过来又提供了有关慢速电子从其位置释放出来的深度的信息。现在可以利用这些数据来计算材料中的慢速电子释放能量的程度和方式。有关的数值理论首次可以通过这些数据得到可靠的验证。这让人大吃一惊：以前人们认为，材料中电子的释放是以级联的方式进行的：一个快速电子进入材料，撞击到另一个电子，然后将其从原处撕开，导致两个电子移动。然后，这两个电子又会从自己的位置上带走两个电子，依此类推。新数据表明，事实并非如此：相反，快速电子经历了一系列碰撞，但始终保持着大部分能量，而且在每一次相互作用中，只有一个相对较慢的电子脱离其位置。沃尔夫冈-维尔纳说："我们的新方法在非常不同的领域提供了机会。我们现在终于可以研究电子在与材料相互作用时如何释放能量了。例如，正是这种能量决定了在癌症治疗中能否摧毁肿瘤细胞，或者在电子束光刻中能否正确形成半导体结构的最精细部分。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员距离研发出预防因年龄和生活方式造成听力损失的药物又近了一步

研究人员距离研发出预防因年龄和生活方式造成听力损失的药物又近了一步 加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员发现，Tmtc4基因突变会触发一种称为"未折叠蛋白反应"（UPR）的机制，从而杀死内耳的毛细胞。人类和所有哺乳动物都有两种耳蜗毛细胞内耳毛细胞和外耳毛细胞，它们在感官交流中发挥着不同但至关重要的作用。内耳毛细胞在出生时约有 3,500 个，它们将耳蜗流体的声音振动转化为电信号传递给大脑，一旦受损就无法再生。毛细胞是耳朵的感觉细胞，因其类似头发的结构会随着声音而弯曲而得名。毛细胞将这种运动转换成信号，并传递给大脑。当我们在汽车里大声喧哗或在足球场上与数以万计的球迷一起欢呼时，噪音会使毛发弯曲，甚至断裂。加州大学旧金山分校的研究表明，这会激活毛细胞中的未折叠蛋白反应（UPR），迫使毛细胞自毁，从而导致听力损失。图片由新加坡科技研究局医学生物学研究所亨宁-霍恩（Henning Horn）、布莱恩-伯克（Brian Burke）和科林-斯图尔特（Colin Stewart）拍摄。科学家们发现，以激活毛细胞中的 UPR 为目标这种激活既发生在基因突变中，也发生在与生活方式和年龄有关的听力损伤中，还发生在化疗药物（如顺铂）中可以保护这些珍贵的传感器免于死亡。共同第一作者、加州大学旧金山分校耳鼻喉科的迪伦-陈博士（Dylan Chan）说："每年都有数以百万计的美国成年人因暴露于噪声或衰老而丧失听力，但究竟是什么原因导致听力下降一直是个谜。我们现在有了确凿的证据，证明Tmtc4是人类耳聋基因，UPR是预防耳聋的真正目标。"当受到嘈杂音乐或体育场人群等刺激时，噪音会使毛细胞弯曲以至于破裂。研究人员认为，这会激活 UPR，从根本上导致细胞自毁，造成永久性损伤。在这项研究中，陈博士与埃利奥特-谢尔（Elliott Sherr）合作，后者早些时候研究了年轻患者和小鼠模型中的Tmtc4基因突变。他们发现，人类和小鼠的基因变异都会引发毛细胞自毁，导致听力损失迅速恶化，就像通常在与年龄有关的损伤或噪音暴露损伤中看到的那样。在所有情况下，毛细胞都充斥着过量的钙，导致包括 UPR 在内的信号失灵。不过，加州大学旧金山分校开发的一种用于逆转脑外伤记忆衰退的药物也被证明可以抑制部分 UPR，保护内部毛细胞免受损害，即使小鼠暴露在可能有害的巨大噪音中也是如此。研究小组希望开发一种非侵入性药物，抑制 UPR 激活，保护毛细胞免受损伤，进而避免听力损失。爱荷华大学早些时候进行的一项研究也强调了针对内耳化学和电子机制的调控有可能在分子水平上防止听力损失。陈说："如果我们有办法阻止毛细胞死亡，就能预防听力损失。"这项研究发表在《临床调查洞察》杂志上。 ... PC版： 手机版：

突破性研究利用地质工具检测癌症的独特原子特征

突破性研究利用地质工具检测癌症的独特原子特征 由科罗拉多大学博尔德分校地球化学家阿什利-马洛尼（Ashley Maloney）领导的研究小组将于本周在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表其研究成果。地质科学系副研究员马洛尼说："这项研究为医学增添了一个全新的层面，让我们有机会在原子水平上观察癌症。"她解释说，在自然界中，氢主要有两种，即同位素。一些氢原子（称为氘）稍重，而另一些氢原子（通常只称为氢）稍轻。在地球上，氢原子的数量比氘原子的数量多出约 6420 比 1。几十年来，许多领域的科学家利用这些原子的自然分布来揭示地球历史的线索。例如，气候科学家通过研究南极洲冰层中的氢原子来推断地球在几十万年前的冷热程度。在这项新研究中，马洛尼和她的同事想知道，这些微小的原子能否为复杂生物体的生活提供一些线索呢？为了找出答案，研究小组在实验室中培养了酵母和小鼠肝细胞，然后分析了它们的氢原子。研究小组发现，生长速度非常快的细胞（如癌细胞）所含的氢原子和氘原子的比例大不相同。这就好比癌症在犯罪现场的门把手上留下了指纹。这项研究仍处于早期阶段，研究小组还不确定这种信号会不会在真正的癌症患者体内出现。但这项研究的共同作者、地质科学助理教授塞巴斯蒂安-科普夫（Sebastian Kopf）说，这种信号的潜力可能很大。科普夫说："如果能在早期发现癌症，病患的生存几率就会大大提高。如果这种同位素信号足够强，就可以通过血液化验之类的方法检测到它，那就会给出一个重要的提示，告诉你有什么不对劲。"这项研究围绕一个多年来一直吸引着癌症研究人员的概念展开：新陈代谢。在正常情况下，酵母和动物等生物的细胞通过一种叫做呼吸的过程产生能量，在这个过程中，它们吸收氧气，释放二氧化碳。但这并不是获得高糖分的唯一途径。例如，面包酵母（Saccharomyces cerevisiae）的菌落可以通过发酵产生能量，在发酵过程中，生物体在没有氧气的帮助下分解糖分并产生酒精。这也是酿造啤酒的过程。科普夫说："在人体中，如果运动员的运动量超过了有氧极限，他们的肌肉也会开始发酵，而这并不使用氧气。这能让你快速增强能量"。事实证明，许多癌细胞也通过类似的策略来令其加速生长。长期以来，科学家们一直在寻找更多的方法来追踪癌细胞中的这些代谢变化。作为普林斯顿大学哈里-赫斯博士后研究员领导这项新研究的马洛尼和她的导师张新宁提出了一个想法：追踪氢。如今，马洛尼管理着科罗拉多大学博尔德分校的地球系统稳定同位素实验室，该实验室是校内 20 多个核心设施之一。作为一名研究生，她探索了热带岛屿藻类中的氢原子。她目前的工作灵感来自一个不太可能的来源：她的父亲，一位皮肤科医生。马洛尼说："他经常从人们身上提取皮肤癌细胞。我想知道这些细胞的新陈代谢与生长在它们旁边的细胞有什么不同。"要理解这个问题，首先要知道氢是如何进入细胞的。在某些情况下，这些原子来自一种难以发音但却至关重要的酶，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯（NADPH）。NADPH 在细胞中发挥着许多作用，其中包括收集氢原子，然后在制造脂肪酸的过程中将氢原子传递给其他分子，脂肪酸是生命的重要组成部分。然而，NADPH 并不总是从同一个氢池中汲取氢气。由张新宁领导并以细菌为重点的先前研究表明，根据细胞中其他酶的工作情况，NADPH 有时可能更多或更少地使用不同的氢同位素。这就提出了一个问题：如果癌症重塑了细胞的新陈代谢，那么它是否也会改变 NADPH 获取氢的方式，最终改变细胞的原子构成？为了找出答案，研究人员在普林斯顿大学和科罗拉多大学博尔德分校的实验室里设置了装满蓬勃生长的酵母菌群的罐子。另外，普林斯顿大学的生物学家用健康和癌变的小鼠肝细胞菌落进行了一项实验。然后，研究人员从细胞中提取脂肪酸，并使用一种名为质谱仪的仪器来确定其中氢原子的比例。结果显示，与癌细胞相似的发酵酵母细胞所含的氘原子平均比正常酵母细胞少大约50%，这是一个惊人的变化。癌细胞也表现出类似的氘短缺现象，但并不严重。张是这项研究的资深作者，也是普林斯顿大学地球科学助理教授，她希望研究结果有朝一日能帮助像她一样的家庭。"不幸的是，癌症和其他疾病是许多人生活中的一大主题。看到阿什利的数据是一个特殊而深刻的时刻，"张说。"这意味着一种用于追踪地球健康的工具也可能被用于追踪生命体的健康和疾病，希望有一天能用于人类。我生长在一个饱受癌症困扰的家庭，我希望看到这一领域不断扩大。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员从原子层面了解二维半导体界面上的电荷转移过程

研究人员从原子层面了解二维半导体界面上的电荷转移过程 超短闪光打破了电子（红色）和空穴（蓝色）之间的结合，从而实现了对原子薄半导体中电荷转移过程的研究。资料来源：Lukas Kroll、Jan Philipp Bange、Marcel Reutzel、Stefan Mathias：《科学进展》，DOI: 10.1126/sciadv.adi1323通过使用一种特殊的方法破坏电子和空穴之间的结合，他们得以从微观上深入了解半导体界面上的电荷转移过程。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances）上。当光线照射到半导体上时，其能量会被吸收。因此，带负电荷的电子和带正电荷的空穴在半导体中结合成对，形成激子。在最先进的二维半导体中，这些激子具有极高的结合能。在他们的研究中，研究人员为自己设定了一个挑战：研究激子的空穴。哥廷根大学的物理学家兼第一作者 Jan Philipp Bange 解释说："在我们的实验室，我们使用光发射光谱来研究量子材料对光的吸收如何导致电荷转移过程。迄今为止，我们一直专注于电子-空穴对中的电子，我们可以使用电子分析仪测量这些电子。到目前为止，我们还没有任何方法可以直接获取空穴本身。因此，我们对如何不仅描述激子的电子，还能描述其空穴的特性这一问题很感兴趣"。为了回答这个问题，哥廷根大学物理系的马塞尔-罗伊策尔博士和斯特凡-马蒂亚斯教授领导的研究人员使用了一种特殊的光电子显微镜和高强度激光。在这一过程中，激子的破裂会导致实验中测得的电子能量损失。罗伊策尔解释说："这种能量损失是不同激子的特征，取决于电子和空穴相互作用的环境。"在目前的研究中，研究人员使用了一种由两种不同原子厚度的半导体组成的结构，证明激子的空穴从一个半导体层转移到另一个半导体层，类似于太阳能电池。马尔堡大学的埃尔明-马利克教授团队能够通过一个模型来解释这一电荷转移过程，描述微观层面上发生的情况。马蒂亚斯总结道："未来，我们希望利用电子和空穴相互作用的光谱特征来研究量子材料中超短时间和超长尺度的新阶段。这些研究可以成为开发新技术的基础，我们希望将来能为此做出贡献。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：