研究人员揭开了香槟酒优雅气泡背后的神秘面纱

研究人员揭开了香槟酒优雅气泡背后的神秘面纱这里有一些值得敬酒的科学发现：来自布朗大学和法国图卢兹大学的研究人员解释了为什么香槟酒中的气泡会以直线上升，而其他碳酸饮料，如啤酒或苏打水中的气泡则不会。发表在《物理评论-流体》杂志上的一项新研究描述了这一发现，它基于一系列数值和物理实验，当然包括倒出香槟、啤酒、气泡水和气泡酒的杯子。这些结果不仅解释了是什么让香槟酒有了气泡线，而且可能对理解流体力学领域的气泡流动具有重要意义。"这是我多年来一直在研究的类型，"布朗工程教授罗伯托-泽尼特说，他是该论文的作者之一。"大多数人从未见过海洋渗漏或曝气池，但他们中的大多数人都喝过苏打水、啤酒或一杯香槟酒。通过谈论香槟和啤酒，我们的总体计划是让人们明白流体力学在他们的日常生活中是很重要的。"浇灌香槟研究人员调查了碳酸饮料中气泡链的稳定性，如香槟和起泡酒。该团队的目标是研究碳酸饮料中的气泡链的稳定性。享受这些饮料的部分标志性体验是当饮料被倒出时形成的微小或巨大的气泡，创造出一个可见的气泡和汽水链。根据饮料及其成分的不同，所涉及的流体力学都是不同的。例如，当涉及到香槟和起泡酒时，不断出现的气泡以一字排开的方式迅速上升到顶部，并在一段时间内一直如此。这被称为稳定的气泡链。对于其他碳酸饮料，如啤酒，许多气泡偏向一侧，使它看起来像多个气泡同时出现。这意味着气泡链并不稳定。研究人员开始探索使气泡链稳定的机制，以及他们是否能够重新创建它们，使不稳定的气泡链像香槟或普罗塞克酒中的一样稳定。香槟和起泡酒的气泡链呈直线上升。许多啤酒中的气泡链在上升时偏向一侧，使其看起来像多个气泡同时上升。他们的实验结果表明，香槟和其他起泡酒中稳定的气泡链是由于作为肥皂状化合物的成分而产生的，这种成分被称为表面活性剂。这些类似表面活性剂的分子有助于减少液体和气泡之间的张力，使其顺利上升到顶部。"理论上说，在香槟中，这些作为表面活性剂的污染物是好东西，"论文的高级作者Zenit说。"这些赋予液体风味和独特性的蛋白质分子是使它们产生的气泡链稳定的原因。"实验还显示，气泡的稳定性受到气泡本身大小的影响。他们发现，有大气泡的链子有一个类似于有污染物的气泡的唤醒，导致平稳上升和稳定的链子。然而，在饮料中，气泡总是很小。这使得表面活性剂成为产生直线和稳定链的关键成分。例如，啤酒也含有类似表面活性剂的分子，但根据啤酒的类型，气泡可以以直链上升或不上升。相比之下，碳酸水中的气泡总是不稳定的，因为没有污染物帮助气泡顺利地通过链中其他气泡留下的尾流。"这种尾流，这种速度干扰，导致气泡被撞出，"Zenit说。"与其说是一条线，不如说是气泡最终以更多的锥形上升。"在论文的这张图中，研究人员显示，当在干净的液体中，气泡的频率增加到香槟酒中的气泡链的速率时，气泡链很快就失去了稳定性。资料来源：RobertoZenit提供研究人员说，这项新研究的结果远远超出了对庆祝性祝酒词的科学理解。研究结果提供了一个流体力学的一般框架，用于理解气泡流动中的集群的形成，这具有经济和社会价值。例如，使用气泡诱导混合的技术，如水处理设施的曝气池，将大大受益于研究人员对气泡如何聚集、它们的起源以及如何预测它们的出现的更清晰的理解。在自然界中，了解这些流动可能有助于更好地解释海洋渗漏，其中甲烷和二氧化碳从海洋底部涌出。研究小组进行的实验相对简单--有些甚至可以在任何当地的酒吧进行。为了观察气泡链，研究人员倒入一杯碳酸饮料，包括Pellegrino气泡水、Tecate啤酒、CharlesdeCazanove香槟和西班牙风格的Brut。为了研究气泡链以及使其稳定的原因，他们在一个小的矩形有机玻璃容器中注入液体，并在底部插入一根针，这样他们就可以泵入气体以创造不同种类的气泡链。然后，研究人员逐渐加入表面活性剂或增加气泡大小。他们发现，当他们使气泡变大时，他们可以使不稳定的气泡链变得稳定，即使没有表面活性剂。当他们保持固定的气泡大小，只添加表面活性剂时，他们发现他们也可以从不稳定的链变成稳定的链。研究人员在论文中解释说，这两个实验表明有两种不同的可能性来稳定气泡链：添加表面活性剂和使气泡变大。研究人员在计算机上进行了数值模拟，以解释他们无法通过物理实验解释的一些问题，例如计算有多少表面活性剂进入气泡，气泡的重量和它们的精确速度。他们计划继续研究稳定气泡链的力学，努力将其应用于流体力学的不同方面，特别是在气泡流中。"我们对这些气泡如何移动以及它们与工业应用和自然界的关系感兴趣，"Zenit说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361309.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361309.htm

研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案

研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案宾夕法尼亚州立大学化学工程与化学教授伯特-钱德勒（BertChandler）表示，这种奇异现象在1964年首次被描述，最近作为一种利用氢气生产清洁能源的潜在途径，它赢得了更多关注。这在很大程度上是因为，虽然研究人员近60年来一直能够识别氢溢出现象，但直到现在，还没有人能够对其进行量化并描述支撑这一现象的机制。钱德勒说，宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组凭借一些运气和大量工作，发现了氢溢出现象发生的方式和原因，并首次对这一过程进行了定量测量。他们在《自然-催化》（NatureCatalysis）杂志上发表了他们的研究成果。钱德勒说，这项工作为更好地理解和开发氢的活化和储存提供了机会。传统的氢气储存需要大量的能量才能使氢气保持足够的冷却以保持液态。然而，研究团队利用他们独特的金-钛系统证明，他们可以在需要较少能量的较高温度下，有效、高效、可逆地将氢分子分解为氢原子--这是诱导氢溢出所需的过程。该论文的通讯作者钱德勒说："我们现在能够解释氢溢出是如何工作的，为什么它能工作，以及是什么驱动了它。而且，我们第一次能够测量它--这是关键所在。一旦量化了它，你就能看到它是如何变化的，找出控制它的方法，并找出如何将它应用到新问题上。"该示意图说明了类氢原子如何溢出金属并吸附到氧化钛上。资料来源：BertChandler/宾夕法尼亚州立大学提供在氢溢出系统中，氢气发生反应分裂成氢原子等价物--一个质子和一个电子，但其排列方式与典型的排列方式略有不同。在这个系统中，质子附着在材料表面，而电子则进入半导体氧化物的近表面导带。钱德勒说，研究人员希望学会用它们来测试更先进的化学应用，比如将原子转化为清洁燃料和储氢。钱德勒说："半导体这一块很重要，因为氢原子等价物的质子在表面，电子在次表面--它们仍然靠近在一起，但被导电表面隔开了，"他解释说，这种小的分离避免了电荷分离通常需要的巨大能量损失。"对于几乎所有的吸附系统来说，你必须有有利的热吸附才能克服通过吸附将气体分子吸入固体所需的能量损失。这在熵上是不利的。"熵代表了推动一个过程所需的不可用热能。换句话说，熵是能量向子态的分散，就像冰融化成水时，无法获得保持分子固态的能量一样。钱德勒说，能量需要平衡，而在这些系统中，测量熵对平衡的贡献几乎是不可能的。氢溢出是1964年在铂-钨-氧化物系统中首次发现的，此后在不同的系统中也观察到了氢溢出。钱德勒解释说，直到最近，研究人员还认为氢原子等价物与纳米粒子层结合牢固，需要更多的热能来打破这些结合，产生更多的溢出。然而，大多数氢溢出促进系统都很混乱，因为溢出物与纳米粒子和半导体氧化物基底的键合强度可能会出现变化。钱德勒将这种现象称为"模糊吸附"，描述了这种模糊的粘性结合，它掩盖了真正的吸附，并掩盖了驱动溢出的因素：热能或熵。钱德勒说："我们想出了在另一个系统中测量溢出吸附的方法：氧化钛上的金。金几乎不需要热能就能启动与氢的反应，而且它只在与氧化钛基质的界面上激活反应。这意味着氢不会吸附在金上，因此我们可以量化产生的所有溢出物，因为它们都流向了基底，而不会在金上留下任何咝咝声。"没有了"咝咝声"，研究人员意识到吸附力很弱，这"与大家的认知背道而驰"。在没有热能这个重要变量的情况下，研究人员确定只有熵能驱动原子从金转移到基底上。以前的研究人员可以准确测量吸附量，因为氧化物上的弱吸附掩盖了金属的溢出量。研究人员没有发明新的化学方法，只是收集了数据。足足花了六年时间进行测量和重新测量，从而填补了认识上的这个空白：熵驱动氢溢出。研究人员说，他们现在正计划研究有助于更好地储存氢气的材料类型。钱德勒认为，这项工作是向清洁能源开发迈出的一步，也是科学过程如何发挥作用的一个突出例子。钱德勒说："科学是一个自我修正的过程--如果你发现了一些不合理的地方，你就会努力把它搞清楚。我们很早就知道溢出效应，但没有人找到合适的系统来量化和理解它。我们收集了数据，并找出了解释这一现象的方法。事实证明，我们使用的能量平衡并不总是显而易见的，熵可以驱动我们意想不到的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381159.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381159.htm

德国研究人员发现一个400年前的错误彻底改变了啤酒 拉格由此诞生

德国研究人员发现一个400年前的错误彻底改变了啤酒拉格由此诞生自古以来就有啤酒制造。最近的考古学显示，大约13000年前，地中海东部就有酿酒的证据。尽管从酿造的起源到20世纪初，啤酒是典型的啤酒生产，但现在拉格啤酒约占每年消费的啤酒的90%。从啤酒到酵母的这一转变的开端发生在中世纪末左右的德国，当时出现了一个新的酵母品种，即酵母菌Saccharomycespastorianus或"拉格酵母"。这是一个杂交品种，是在17世纪初左右由顶部发酵的啤酒酵母Saccharomycescerevisiae和耐寒的Saccharomyceseubayanus交配产生的。但是直到现在还没有人弄清楚组合拉格酵母S.pastorianus是如何产生的。皮尔森风格的拉格酒。资料来源：JohnMorrissey/FEMS酵母研究一般的假设是，当传统的S.cerevisiae啤酒发酵被包括S.eubayanus在内的野生酵母污染时，就产生了这种混合酵母。但是这里的研究人员认为这是值得怀疑的。通过对中欧历史酿酒记录的详细分析，他们发现"拉格式"底部发酵至少在两百年前就在巴伐利亚发生了。他们提出了另一个假设，即是S.cerevisiae污染了一批用S.eubayanus酿造的啤酒，而不是反过来。在一项耐人寻味的侦查工作中，他们确定了他们认为是污染的S.cerevisiae的来源--巴伐利亚州小城Schwarzach的一家小麦酿酒厂。啤酒一直是一种有价值的商品，其生产受到严格监管。在巴伐利亚，1516年的酿酒条例（著名的"reinheitsgebot"）只允许底部发酵和酿造"拉格风格"的啤酒。但在邻近的波西米亚，用S.cerevisiae制作的优质小麦啤酒被生产出来，并大量进口到巴伐利亚。为了限制这些进口的经济损失，1548年，巴伐利亚统治者威廉四世给了汉斯六世-冯-德根堡男爵一个特殊的特权，让他在边境地区酿造和销售小麦啤酒给波西米亚。当汉斯-冯-德根堡的孙子没有产生继承人时，这个家族灭亡了。1602年，新的巴伐利亚统治者马克西米利安大帝自己抓住了小麦啤酒的特殊特权，并接管了冯-德根堡的施瓦扎赫酿酒厂。同年10月，小麦啤酒厂的酵母被带到慕尼黑公爵的宫廷啤酒厂，研究人员提出在那里发生了著名的杂交种酵母，S.pastorianus由此诞生了。此后，研究人员在此表明，来自巴伐利亚的S.pastorianus菌株遍布欧洲，是所有现代拉格酵母菌株的来源。研究人员对历史记录的调查结果，加上已发表的系统发育（进化和基因组学）数据，表明S.pastorianus拉格酵母的主导地位分三个阶段发展。首先，酵母菌株S.cerevisiae从波西米亚来到慕尼黑，那里的酿酒师至少从14世纪开始就制造小麦啤酒。其次，1602年被引入慕尼黑啤酒厂的S.cerevisiae与已经参与制造慕尼黑风格啤酒的S.eubayanus交配，产生了S.pastorianus。最后，新的S.pastorianus酵母首先在慕尼黑啤酒厂周围传播，然后在整个欧洲和全世界传播。这里的研究人员指出，S.pastorianus与慕尼黑技术先进的酿造方法同时出现，以及慕尼黑的酿酒师愿意分享知识（和实际的酵母），可能促成了该菌株的主导地位。论文的主要作者之一MathiasHutzler说："有某种讽刺意味的是，汉斯八世-冯-德根堡无法生育儿子引发了导致创造出拉格酵母的事件。随着一个世系的消亡，另一个世系开始了。没有继承人--但他为世界留下了多么宝贵的遗产！"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357297.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357297.htm

南加州大学研究人员为美国的阿片类泛滥提出了一个快速解决方案

南加州大学研究人员为美国的阿片类泛滥提出了一个快速解决方案但南加州大学（USC）的一个研究小组发现，一种低成本的干预措施可以起到作用：写信通知提供者他们的病人已经死于过量用药。该团队在2018年的一项研究中发现，通过他们县的法医写的一封通知信，通知临床医生病人已经过量死亡，在接下来的三个月里，他们开出的阿片类药物处方数量减少。该团队今天（2023年1月6日）发表在《美国医学会杂志》网络版上的新研究显示，这些通知在一年后仍有持续影响。首席作者、南加州大学索尔-普莱斯公共政策学院卫生政策与管理系主任、南加州大学谢弗卫生政策与经济中心行为科学项目联合主任JasonDoctor说："临床医生不一定知道他们给病人开的阿片类药物遭遇了致命的过量使用。我们知道，消除这一信息差可以立即减少阿片类药物的处方，不仅如此，我们的最新研究表明，处方行为的改变似乎坚持了下来。"一个简单的公共卫生干预措施产生了持久的影响博士和他的团队给809名临床医生--主要是医生--发了一封信，他们为圣地亚哥县166名遭受过量死亡的人开了阿片类药物。这封信的目的是提供信息和尊重的语气，同时提供有关更安全的处方的信息。研究人员将这些临床医生的处方模式与那些没有收到这封信的医生进行了比较。虽然阿片类药物的处方在整体上逐渐减少，但研究作者发现，收到信的人减少的速度更快、更有力。一年后，收到信的人比没有收到通知的临床医生少开了7%的处方。"新的研究表明，这种变化并不只是暂时的昙花一现，然后临床医生又回到了他们以前的处方，"博士说。"这种低成本的干预措施具有持久的影响。"不过研究人员还是承认，由于对非法使用阿片类药物造成的死亡人数上升的关注，特别是在COVID-19大流行期间，对临床医生所开药物造成的死亡人数的关注已经黯然失色。"可悲的事实是，我们从未解决处方阿片类药物造成的死亡这一首要问题。事实上，这一切都混在一起，因为在全国范围内，大约有一半死于非法芬太尼药物过量的人在过去一年内也有阿片类药物处方，"他解释说。验尸官在减轻未来阿片类药物过量死亡方面具有独特的地位医生说，最大的收获是，法医的信提供了一个独特的机会，在过量死亡后与医生进行沟通，以挽救合法和非法阿片类药物的生命。"这封信是对提供者的一个提示，阿片类药物的流行在他们的社区，并影响到他们的病人。阅读头条新闻并认为自己不是问题的一部分是很容易的。医生们有机会与他们的病人交谈，并考虑阿片类药物的替代品。我相信，我们可以通过为他们看过病的医生接触到非法芬太尼流行病中的大约一半人"。博士和其他研究作者目前正与洛杉矶县合作，从研究中吸取经验教训，并研究潜在的公共政策干预措施，包括强制要求县法医向临床医生发出此类通知。相关文章:美国最大的3家连锁药店被认定对阿片类药物危机负有责任研究：美国阿片类药物处方开具数量减少但各地下降幅度并不一致拜登政府拨款近15亿美元解决美国阿片类药物危机...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337927.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337927.htm

韩国研究人员发现液晶突破性的定向运动现象

韩国研究人员发现液晶突破性的定向运动现象他们的研究结果表明，物体只需周期性地改变其在液晶介质中的尺寸，就能实现定向运动。这一创新性发现为众多研究领域带来了巨大的潜力，并有可能在未来开发出微型机器人。研究小组在研究中观察到，液晶中的气泡可以通过周期性地改变大小向一个方向移动，这与其他介质中气泡通常对称增长或收缩的现象截然不同。通过向液晶中引入与头发丝大小相当的气泡并操纵压力，研究人员得以展示这一非凡现象。左起：Sung-JoKim、JoonwooJeong教授和EujinUm研究教授。资料来源：UNIST这种现象的关键在于在气泡旁边的液晶结构中产生了相位缺陷。这些缺陷破坏了气泡的对称性，使气泡尽管形状对称，却受到单向力的作用。随着气泡大小的波动，推动和拉动周围的液晶，气泡被推向一个一致的方向，打破了传统的物理定律。该研究的第一作者Sung-JoKim说："这一突破性的观察结果展示了对称物体通过对称运动表现出定向运动的能力，这是以前从未见过的现象。"他进一步强调了这一原理对液晶以外的各种复杂流体的潜在适用性。分散在NLC中的脉动气泡。资料来源：联合国软件技术研究所Jeong教授评论说："这一引人入胜的结果强调了时间和空间对称性破缺在驱动微观层面运动方面的重要意义。此外，它还为推进微观机器人的开发研究带来了希望"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428027.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428027.htm

研究人员发明测量高维量子比特的有效方法

研究人员发明测量高维量子比特的有效方法传统的计算机比特将数据分类为1或0，与之相反，量子比特可以持有1、0或两者的值。这是由于叠加的原因，这种现象使几个量子状态同时存在。量子比特的"d"指的是可能被编码在一个光子上的各种级别或数值。传统的量子比特只有两个层次，但通过增加更多层次，它们就变成了量子比特。左起：Hsuan-HaoLu和JosephLukens在ORNL量子实验室工作。资料来源：GenevieveMartin/ORNL，美国能源部。来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）、普渡大学和美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员最近完成了一对纠缠的八级量子比特的特征分析，它们形成了一个64维的量子空间，使以前的离散频率模式记录翻了四倍。他们的发现最近发表在《自然通讯》杂志上。"我们一直都知道有可能利用光子的颜色或光频率来编码10级或20级的量子，甚至更高，但问题是测量这些粒子非常困难，"ORNL的博士后研究助理Hsuan-HaoLu说。"这就是这篇论文的价值--我们发现了一种高效和新颖的技术，在实验方面相对容易做到。"当qudits被纠缠时甚至更难测量，这意味着无论它们之间的物理距离如何，它们都共享非经典的相关性。尽管有这些挑战，频率槽对，也就是两个在频率上纠缠在一起的光子形式的量子很适合携带量子信息，因为它们可以按照规定的路径通过光纤而不被其环境明显改变。"我们将最先进的频率槽对生产与最先进的光源结合起来，然后用我们的技术来描述高维量子纠缠，其精确程度是以前没有显示过的，"Wigner研究员和ORNL的研究科学家JosephLukens说。研究人员开始了他们的实验，将激光照射到一个微环谐振器上--这是一个由EPFL制造的圆形片上设备，旨在产生非经典光。这个强大的光子源占据了1平方毫米的空间--大小与一支削尖的铅笔的笔尖相当--并允许研究小组以量子频率梳的形式产生频率槽对。通常情况下，qudit实验需要研究人员构建一种称为量子门的量子电路。但在这种情况下，研究小组使用一个电光相位调制器来混合不同频率的光，并使用一个脉冲整形器来修改这些频率的相位。这些技术在普渡大学AndrewWeiner领导的超快光学和光纤通信实验室得到了广泛的研究，Lu在加入ORNL之前曾在那里学习。这些光学设备在电信行业很常见，研究人员随机进行这些操作，以捕捉许多不同的频率相关性。据Lu说，这个过程就像掷出一对六面骰子，并记录每个数字组合出现的次数--但现在骰子是相互纠缠在一起的。"这种涉及相位调制器和脉冲整形器的技术，在超快和宽带光子信号处理的经典背景下被大量追求，并被扩展到频率量子化的大道上，"Weiner说。为了向后推断哪些量子态产生的频率相关性是量子比特应用的理想选择，研究人员在一种叫做贝叶斯推理的统计方法的基础上开发了一个数据分析工具，并在ORNL进行计算机模拟。这项成就建立在该团队以前的工作基础上，重点是进行贝叶斯分析和重建量子状态。研究人员现在正在对他们的测量方法进行微调，为一系列的实验做准备。通过通过光纤发送信号，他们旨在测试量子通信协议，如远程传输，这是一种传输量子信息的方法，以及纠缠互换，这是纠缠两个先前不相关的粒子的过程。普渡大学的研究生KarthikMyilswamy计划将微环谐振器带到ORNL，这将使该团队能够在该实验室的量子局域网上测试这些能力。Myilswamy说："现在我们有一种方法可以有效地描述纠缠的频率量子，我们可以进行其他面向应用的实验。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333675.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333675.htm