揭开质子的神秘面纱 中微子实验带来突破性的结果

揭开质子的神秘面纱中微子实验带来突破性的结果因此，科学家必须借助于实验方法来确定它们的结构。中微子实验利用由许多质子和中子结合在一起的原子核组成的目标，这使得从这些测量中推断出有关质子结构的信息变得很困难。通过从MINERvA探测器中作为氢原子核的质子散射中微子，科学家们首次提供了使用非结合质子的中微子对这种结构的测量。研究人员正在建造几个大型中微子实验，包括DUNE和桑福德地下研究设施。这些实验将有助于对中微子的特性进行精确测量。这反过来将回答关于中微子如何影响我们宇宙结构的问题。这些实验需要准确了解中微子如何与实验中的重核相互作用，例如DUNE中的氩。建立这些相互作用的理论需要将中微子与质子或中子的散射效应和核内结合的效应分开。通过测量自由质子的这一特性，MINERvA的结果将有助于建立更完整的中微子相互作用理论。这项新研究中描述的测量的主要挑战是，MINERvA的探测器中的氢在化学上与碳原子一半一半地混合在塑料中。碳原子中有六个质子，所以碳背景反应要大得多。通过开发一种新的技术来测量反应中的出射中子的方向，质子上的反μ子中微子产生反μ子和中子，研究人员可以将这两种反应类型分开。这样就可以利用中微子束中相同的平行反应来研究残余背景，在氢原子上不可能发生反应。这种结构的测量被解释为质子的轴向矢量形式因子，这是中微子散射所揭示的结构的一个技术术语，这样它就可以被用作预测中微子反应的输入。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355909.htm

研究人员让电磁波在突破性实验中相互作用

研究人员让电磁波在突破性实验中相互作用纽约市立大学ASRC的研究人员发现了一种操纵光子的方法，从而可以利用量身定制的超材料使光子发生碰撞和相互作用。这一突破将为电信、光学计算和能源应用带来重大进展。(光子在时间界面上碰撞的示意图）资料来源：纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心AnnaUmana突破及其基础这一突破发生在纽约市立大学研究生中心杰出教授、爱因斯坦物理学教授、纽约市立大学ASRC光子学计划创始主任AndreaAlù的实验室里。它建立在最近另一项演示电磁波时间反射的实验基础之上。"我们的工作建立在一系列实验的基础上，这些实验显示了我们如何能够创造出具有独特性能的超材料，这些性能来自于其电磁特性的突然时间变化。这些变化使我们能够以自然界中从未见过的方式操纵波的传播，"Alù解释说。"这项最新工作表明，我们可以利用量身定制的超材料（称为时间界面）中的突然时间变化，使波像大质量物体一样发生碰撞。我们还能控制波在碰撞过程中是交换能量、获得能量还是失去能量。"波与光子的碰撞通常情况下，当两个电磁波相交时，它们会直接穿过对方，而不会发生相互作用。这与两个大质量物体（如两个球）相互碰撞时发生的情况截然不同。在后一种情况下，粒子发生碰撞，它们的机械特征决定了能量在碰撞中是保留、损失还是增加。例如，当两个台球相撞时，系统中的总能量是守恒的，而当两个橡胶球相撞时，它们通常会在碰撞中损失能量。虽然光子在没有任何相互作用的情况下会相互穿过，但通过触发时间界面，科学家们能够展示出强烈的光子-光子相互作用，并控制碰撞的性质。研究小组的工作灵感来自于这样一种猜测，即是否有可能通过向海啸或地震波投掷另一种类似的波来抵消它，从而消除不想要的机械波（如海啸或地震波）。"虽然这种结果在传统的波物理学中是不可能实现的，但我们知道原则上时空超材料是可以实现的，"阿卢实验室的博士后、该研究的主要作者埃马努埃莱-加里菲（EmanueleGaliffi）说。"我们的实验让我们能够在电磁波中证明这一概念。"应用与未来工作科学家们还提出并演示了将他们的概念应用于通过相互碰撞来塑造电磁脉冲的方法。阿卢实验室的博士后研究员、论文的共同第一作者徐根玉阐述道："这项技术允许我们使用额外的信号作为模具，来雕刻我们感兴趣的脉冲结构。我们已经在无线电频率上证明了这一点，现在我们正努力在更高频率上实现这种雕刻能力。"该团队努力开发的方法可以决定传播的电磁波如何相互作用和相互塑造，这将为无线通信、成像、计算和能量收集技术等领域的进步带来益处。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377529.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377529.htm

量子研究领域的新突破：对量子湍流的新认识

量子研究领域的新突破：对量子湍流的新认识该团队的研究结果发表在《自然-物理学》上，展示了对波状运动如何从宏观到微观长度尺度转移能量的新理解，他们的结果证实了关于能量如何在小尺度上消散的理论预测。Autti博士说："这一发现将成为大型量子系统物理学的一个基石"。研究人员在他们的研究中使用了一个独特的旋转式低温箱。大尺度的量子湍流--如移动的飞机或船舶周围的湍流--很难模拟。在小尺度上，量子湍流与经典湍流不同，因为量子流体的湍流被限制在称为涡流的线状流动中心周围，只能采取某些量化的数值。这种颗粒性使得量子湍流在理论上更容易捕捉，人们普遍认为，掌握量子湍流也将有助于物理学家理解经典湍流。在未来，从量子层面开始改进对湍流的理解，可以在流体和气体（如水和空气）的流动和行为是一个关键问题的领域改进工程。主要作者阿尔托大学的JereMäkinen博士说："我们对湍流基本构件的研究可能有助于为更好地理解湍流中不同长度尺度之间的相互作用指明方向。了解经典流体中的这种情况将帮助我们做一些事情，如改善车辆的空气动力学，更准确地预测天气，或控制管道中的水流。了解宏观湍流有大量潜在的现实世界用途。"Autti博士说，量子湍流对科学家来说是一个具有挑战性的问题："在实验中，尽管整个研究量子湍流的物理学家领域都在试图寻找量子湍流，但几十年来，围绕单个涡旋的量子湍流的形成仍然难以捉摸。这包括研究超流体和量子气体的人，如原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。这一过程背后的理论化机制被称为开尔文波级联。在本手稿中，我们表明这一机制存在，并按照理论上的预期发挥作用。这一发现将成为物理学或大型量子系统的基石。"由高级科学家VladimirEltsov领导的研究小组在阿尔托低温实验室的一个独特的、旋转的超低温冰箱中研究了氦-3同位素的湍流。他们发现，在微观尺度上，所谓的开尔文波通过不断地将能量推向越来越小的尺度而作用于单个涡流--最终导致能量消散的尺度。阿尔托大学的JereMäkinen博士说："能量如何在超低温下从量化旋涡中消失的问题在量子湍流的研究中一直是至关重要的。我们的实验装置是首次在现实世界中证明开尔文波将能量转移到耗散长度尺度的理论模型。"该团队的下一个挑战是使用淹没在超流体中的纳米级设备来操纵一个单一的量子化涡旋。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351099.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351099.htm

突破性发现为离子通道靶向药物开辟了新的可能性

突破性发现为离子通道靶向药物开辟了新的可能性了解离子通道和BK通道离子通道是嵌在细胞膜上的隧道状结构，可控制带电分子进出细胞，这是许多生物过程所必需的。例如，BK通道能引导钾离子的流动，这些通道的遗传突变与多个器官系统的问题有关。该研究的共同第一作者、威尔康奈尔医学院麻醉学生理学和生物物理学教授CrinaNimigean博士说："发现一个小分子可以选择性进入这种重要离子通道的位点是一个令人兴奋的进展。"该研究的另一位共同资深作者是澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的教授托比-艾伦博士。第一作者陈凡博士在研究期间是麻醉学系尼米根实验室的博士后助理研究员。探索BK通道结构尼米根博士和她的团队一直在探索BK通道的结构和功能，既有直接探索，也有对细菌版本MthK的实验，后者更容易在实验室中进行研究。最近，他们观察到，一系列MthK和BK阻断化合物--不适合作为药物，但可以作为实验室工具进入并有效堵塞MthK通道或"孔"，即使结构成像显示孔的入口已经完全关闭。尼米根博士说："由于这些化合物在这种封闭状态下无法直接进入孔道，我们想知道它们是如何进入的。为了解决这个难题，研究人员转向了结构成像方法、正常和变异MthK的实验，以及Allen博士实验室对通道阻断化合物和MthK离子通道之间相互作用的计算机建模。"他们发现，当MthK处于关闭状态时，其结构的两侧会出现大的开口，MthK阻断化合物可以通过这些开口进入离子传导孔。这些开口位于细胞膜内部，因此MthK阻断化合物必须先进入细胞膜一小段距离才能到达这些开口。研究人员还从现有的结构数据中观察到，BK通道中也有类似MthK通道的侧开口或"栅栏"。选择性药物开发的潜力科学家们认为，阻断或激活BK通道的药物有助于治疗癫痫和高血压等疾病。然而，目前还没有选择性的BK通道调节药物，部分原因是人们对BK通道结构的变化与通道功能的关系知之甚少。另一个问题是，影响BK通道的药物也会与其他离子通道发生相互作用，因为它们通常针对的是钾传导通道或"孔"的入口，而钾传导通道或"孔"与其他类型离子通道的孔并无太大区别。这种不加区分的相互作用可能会在体内造成严重破坏。尼米根博士说："这些孔隙是BK型通道所独有的，这表明未来针对这些位点的药物可以作为选择性BK通道阻断剂或激活剂发挥作用。"她和她的团队正在计划进行BK通道的后续实验，并希望利用他们的发现来发现可被开发成药物的选择性BK通道调节化合物。参考文献ChenFan、EmelieFlood、NattakanSukomon、ShubhangiAgarwal、TobyW.Allen和CrinaM.Nimigean于2023年8月31日在《自然-化学生物学》上发表的论文："Calcium-gatedpotassiumchannelblockadeviamembrane-facingfenestrations"。DOI:10.1038/s41589-023-01406-2编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402469.htm

物理学家首次在水箱中制造出封闭的湍流球

物理学家首次在水箱中制造出封闭的湍流球芝加哥大学的科学家们开创性地在水箱中制造出一个包含湍流的"球"，这在以前是从未有过的。上图显示了湍流球随时间变化的平均能量密度。图片来源：TakumiMatsuzawa绊脚石之一是物理学家的传统方法，他们通常喜欢脱离外部因素来研究现象。但说到湍流，就像搅拌一杯液体一样，勺子仍然是整个过程不可或缺的一部分，影响着流体的行为。迄今为止，将湍流作为一个独立变量隔离开来的方法还难以实现。不过，芝加哥大学的一组科学家开创了一种在水箱中产生包含湍流的方法。他们使用环形喷射器喷射环流，直到形成一个孤立的湍流"球"并持续存在。物理学家TakumiMatsuzawa（松泽匠）说："这对我们来说是个惊喜，"他是描述这一发现的研究报告的第一作者，该报告发表在《自然-物理》（NaturePhysics）上。这项研究的通讯作者威廉-欧文（WilliamIrvine）教授说："这就像平静地坐在田野里野餐，看着50英尺外的风暴肆虐。"他们希望这一突破能为更好地理解湍流开辟一条新的研究途径。"湍流--不均匀混合物质中的混乱流动--是一个老问题。"欧文说："它经常被引述为物理学中的一大未决问题。"在过去的几十年里，科学家们在描述"理想化"湍流状态的行为方面取得了进展。也就是说，湍流没有边界等混杂变量，也没有强度和时间的变化。但是，要理解现实世界中的湍流，还有很多东西需要了解。欧文说："湍流在我们周围随处可见，但它一直无法得到物理学家认为令人满意的描述。例如，如果你问，我能否预测戳穿这个湍流区域后接下来会发生什么？答案是不能。即使使用超级计算机也无法预测。"研究人员利用激光和高速摄像机追踪湍流。图片来源：TakumiMatsuzawa其中一个大问题是实验中存在混杂变量。你可以通过管道快速喷射水流或在水箱中搅拌桨叶来制造湍流，但湍流总是与容器壁和搅拌器摩擦，从而影响实验结果。松泽、欧文和他们的合作者一直在用水箱做"涡环"实验--就像烟圈一样，只不过是在水中。当他们试图将它们组合起来制造湍流时，能量通常会反弹回来，然后消散。但是，一旦他们发现了一种特殊的构造--一个有八个角的盒子，每个角上都有一个涡环发生器--奇怪的事情就发生了。当他们反复发射在中心交汇的环时，他们看到一个自成一体、远离箱壁的湍流球形成了。这本身就是一个突破："之前没有人认为这是可能的，湍流非常善于混合液体；如果你把牛奶混入咖啡中，你只能搅拌一两下就会完全混合，但我们能把它控制在原地，这让人非常惊讶"。独立的湍流球可以让科学家利用激光和多台快速相机更精确地跟踪其参数。这包括它的能量和螺旋度（衡量环的纠结或"打结"程度），以及冲量和角冲量（相当于流体的动量和角动量）。更重要的是，他们可以通过改变参数来玩弄它。他们可以改变送入的回路是顺时针还是逆时针旋转的螺旋。他们可以改变输入的能量，或者停止添加环，观察湍流的消散，或者改变环的螺旋度，观察湍流如何随时间演变。"湍流是如何消散的？它是如何膨胀的？它"记住"了什么？能量如何跨尺度传播？是否存在不同类型的湍流？我们可以提出各种各样的问题，而这是提出这些问题的独特环境，"欧文说。"我真的希望这能帮助我们在这一领域开辟出一片新天地。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385265.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385265.htm

一项突破性的实验展示了电磁波的时间反射现象

一项突破性的实验展示了电磁波的时间反射现象六十多年来，科学家们一直假设有可能观察到一种不同形式的波反射，即所谓的时间性反射。与空间反射不同的是，空间反射是当光或声波在空间的某一特定位置撞到一个边界（如镜子或墙壁）时产生的，而时间反射则是当波在其中传播的整个介质突然在所有空间中突然改变其属性时产生的。在这样的事件中，波的一部分在时间上被逆转，其频率被转换为新的频率。(a)传统的空间反射。一个人在照镜子时看到自己的脸，或者当他们说话时，回声以同样的顺序传回来。(b)时间反射。人在照镜子的时候看到自己的背影，他们看到自己的颜色不同。他们听到自己的回声以相反的顺序出现，类似于一盘倒带。资料来源：AndreaAlu到目前为止，这种现象从未被观察到用于电磁波。这种缺乏证据的根本原因是，材料的光学特性不能轻易地以诱发时间反射的速度和幅度改变。然而，现在，在《自然-物理学》新发表的一篇论文中，纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心（CUNYASRC）的研究人员详细介绍了一个突破性的实验，他们能够在一个定制的超材料中观察到电磁信号的时间反射。该论文的通讯作者、纽约市立大学研究生中心物理学特聘教授、纽约市立大学ASRC光子学计划创始主任AndreaAlù说："看到这一点真的很激动，因为这种反直觉的现象在很久以前就被预测到了，而且与空间反射的波相比，时间反射的波的表现是多么不同。利用复杂的超材料设计，我们能够实现及时改变材料特性的条件，既突然又有很大的反差"。这一壮举使在超材料中传播的宽带信号的很大一部分瞬间被时间逆转和频率转换。这种效果形成了一种奇怪的回声，其中信号的最后一部分首先被反射。结果是，如果你要看一面时间镜，你的反射会被翻转，你会看到你的背部而不是你的脸。在这个观察的声学版本中，会听到类似于磁带倒带时发出的声音。用于实现时间反射的实验平台的插图。一个控制信号（绿色）被用来均匀地激活一组沿金属带状线分布的开关。在关闭/打开开关时，这种定制的超材料的电磁阻抗突然减少/增加，导致宽带正向传播的信号（蓝色）被部分时间反射，（红色）其所有频率被转换。(改编自《自然-物理学》。)研究人员还证明，由于宽带频率转换，时间反射信号的持续时间在时间上被拉长了。因此，如果这些光信号对我们的眼睛是可见的，它们的所有颜色都会突然转变，例如红色会变成绿色，橙色会变成蓝色，而黄色会出现紫色。为了实现他们的突破，研究人员使用了工程超材料。他们将宽带信号注入一条蜿蜒的金属带，该金属带长约6米，印在一块板子上，并装载了密集的电子开关阵列，与储能电容相连。然后所有的开关同时被触发，沿线的阻抗突然均匀地增加了一倍。这种电磁特性的快速而巨大的变化产生了一个时间接口，而测量的信号忠实地携带着传入信号的时间反转副本。该实验表明，实现时间接口是可能的，从中会产生高效的时间逆转和宽带电磁波的频率转换。这两种操作都为极端波的控制提供了新的自由度。这一成就可以为无线通信中令人兴奋的应用以及小型、低能量、基于波的计算机的发展铺平道路。论文的共同第一作者、纽约市立大学ASRC的博士后研究员徐根玉说："在以前的研究中，阻碍时间反射的关键路障是认为需要大量的能量来创造一个时间界面。要足够快地、均匀地、以足够大的对比度改变介质的属性来时间反映电磁信号是非常困难的，因为它们的振荡非常快。我们的想法是避免改变主材料的属性，而是创造一种超材料，在其中通过快速开关可以突然增加或减少额外的元素。""迄今为止，超材料的奇异电磁特性是通过以巧妙的方式组合许多空间界面来设计的，"共同第一作者、纽约市立大学ASRC和纽约城市学院的研究生尹世雄补充说。"我们的实验表明，有可能将时间接口添加到混合中，扩大操纵波的自由度。我们还能够创建一个时间版的谐振腔，它可以用来实现一种新形式的电磁信号过滤技术。"引入的超材料平台可以有力地结合多个时间界面，实现电磁时间晶体和时间超材料。与量身定制的空间接口相结合，这一发现有可能为光子技术开辟新的方向，并为增强和操纵波与物质的相互作用提供新的途径。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349727.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349727.htm