钻石的隐藏潜力：物理学家释放不完美晶体的量子能量

钻石的隐藏潜力：物理学家释放不完美晶体的量子能量外场驱动钻石内的量子粒子，创造出长寿命量子系统。资料来源：圣路易斯华盛顿大学该论文的共同作者包括物理学教授凯特-默奇（KaterMurch）、博士生何光辉、龚若天（Ruotian(Reginald)Gong）和刘中原。他们的工作得到了量子跃迁中心（CenterforQuantumLeaps）的部分支持。量子跃迁中心是艺术与科学战略计划的一个标志性倡议，旨在将量子见解和技术应用于物理学、生物医学和生命科学、药物发现以及其他意义深远的领域。研究人员用氮原子轰击钻石，使其发生转变。其中一些氮原子会移位碳原子，从而在原本完美的晶体中产生缺陷。由此产生的空隙中充满了电子，这些电子具有自旋和磁性，其量子特性可被测量和操纵，应用范围十分广泛。正如Zu和他的团队之前通过对硼的研究揭示的那样，这种缺陷有可能被用作量子传感器，对周围环境和彼此间的环境做出反应。在新的研究中，研究人员关注的是另一种可能性：利用不完美的晶体来研究无比复杂的量子世界。经典计算机（包括最先进的超级计算机）不足以模拟量子系统，即使是只有十几个量子粒子的系统。这是因为每增加一个粒子，量子空间的维度就会呈指数增长。但新研究表明，使用可控量子系统直接模拟复杂的量子动力学是可行的。Zu说："我们精心设计我们的量子系统，创建一个模拟程序并让它运行。最后，我们观察结果。这是使用经典计算机几乎不可能解决的问题。"研究小组在这一领域取得的进展将有助于研究多体量子物理学中一些最令人兴奋的方面，包括实现物质的新阶段和预测复杂量子系统的突发现象。在最新的研究中，Zu和他的团队能够让他们的系统保持稳定长达10毫秒，这在量子世界中是很长的一段时间。值得注意的是，与其他在超低温条件下运行的量子模拟系统不同，他们的钻石系统是在室温条件下运行的。保持量子系统完好无损的关键之一是防止热化，即系统吸收大量能量后，所有缺陷都会失去其独特的量子特征，最终看起来一模一样。研究小组发现，他们可以通过快速驱动系统，使其来不及吸收能量，从而推迟这一结果的发生。这使得系统处于相对稳定的"预热"状态。这种基于钻石的新系统使物理学家能够同时研究多个量子区域的相互作用。它还为制造灵敏度越来越高的量子传感器提供了可能。"量子系统存在的时间越长，灵敏度就越高，"Zu说。Zu和他的团队目前正在与量子跃迁中心的其他华盛顿大学科学家合作，以获得跨学科的新见解。在艺术与科学领域，Zu正与物理学副教授ErikHenriksen合作，以提高传感器的性能。他还计划利用它们来更好地理解物理学助理教授盛然实验室创造的量子材料。他还与地球、环境和行星科学教授菲利普-斯基默（PhilipSkemer）合作，从原子层面观察岩石样本中的磁场；并与物理学助理教授尚卡尔-穆克吉（ShankarMukherji）合作，对活生物细胞中的热力学进行成像。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388713.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388713.htm

物理学家正在揭开“时间箭头”的谜团

物理学家正在揭开“时间箭头”的谜团理论物理学家的一项新研究在确定粒子和细胞如何产生大规模动态方面取得了进展，我们将其视为时间的流逝。我们如何体验世界的一个核心特征是时间从过去流向未来。但是，这个被称为“时间箭头”（Arrowoftime）的现象是如何从粒子和细胞之间的微观互动中产生的，却是一个谜。纽约市立大学研究生中心理论科学倡议（ITS）的研究人员在《物理评论快报》杂志上发表了一篇新的论文，正在帮助揭开这个谜团。这些发现可能对广泛的学科产生重要影响，包括物理学、神经科学和生物学。从根本上说，“时间箭头”产生于热力学第二定律。这是物理系统的微观排列趋向于增加随机性的原则，从有序到无序。一个系统变得越无序，它就越难找到回到有序状态的方法，“时间箭头”也就越强。简而言之，宇宙的无序倾向是我们体验到时间朝一个方向流动的根本原因。“我们团队的两个问题是，如果我们观察一个特定的系统，我们是否能够量化其时间箭头的强度，以及我们是否能够理清它是如何从细胞和神经元相互作用的微观尺度出现在整个系统中的？”ITS项目的博士后和该论文的第一作者ChristopherLynn说。“我们的发现为理解我们在日常生活中体验到的时间箭头是如何从这些更微观的细节中出现的提供了第一步。”为了开始回答这些问题，物理学家们探索了如何通过观察一个系统的特定部分和它们之间的相互作用来分解时间箭头。例如，这些部分可以是在视网膜内运作的神经元。观察一个单一的时刻，他们表明“时间箭头”可以被分解成不同的部分：那些由单独工作的部分、成对工作的部分、三合一工作的部分或更复杂的配置产生的部分。有了这种分解“时间箭头”的方法，科学家们分析了关于蝾螈视网膜中的神经元对不同电影的反应的现有实验。在一部电影中，一个物体在屏幕上随机移动，而另一部电影则描绘了自然界中的全部复杂场景。在这两部电影中，研究小组发现，“时间箭头”出现在成对的神经元之间的简单互动中，而不是大型的、复杂的群体。令人惊讶的是，研究人员还观察到，在观看随机运动时，视网膜显示的“时间箭头”比自然场景更强。Lynn说，这后一个发现提出了关于我们对“时间箭头”的内部感知如何与外部世界保持一致的问题。Lynn表示：“这些结果可能会引起神经科学研究人员的特别兴趣。例如，它们可能会导致关于时间箭头在神经类型的大脑中是否有不同功能的答案。”该研究的主要研究者、研究生中心的物理学和生物学教授DavidSchwab说：“Chris对局部不可逆性的分解--也被称为时间箭头--是一个优雅、通用的框架，可能为探索许多高维、非平衡系统提供一个新视角。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308219.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308219.htm

物理学家实现分子的量子纠缠

物理学家实现分子的量子纠缠物理学家首次实现了对分子的量子纠缠。这一突破可能有助于推动量子计算的实用化。论文发表在《科学》期刊上。实现可控的量子纠缠一直是一大挑战，这次实验之前分子的可控量子纠缠一直无法实现。普林斯顿大学的物理学家找到了方法控制单个分子诱导其进入到互锁量子态。研究人员相信相比原子，分子具有优势，更适合量子信息处理和复杂材料量子模拟等应用。相比原子，分子有更多的量子自由度，能以新方式交互。论文合作者YukaiLu指出这意味着存储和处理量子信息的新方法。来源，，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

［研究ISIS在线社区的物理学家］

［研究ISIS在线社区的物理学家］迈阿密大学的物理学家NeilJohnson和同事最近发表了两篇论文，分析了他们跟踪的ISIS支持者社区的行为和特征。研究人员从2014年初开始跟踪俄罗斯社交网络VKontakte上的亲ISIS社区，他们注意到VKontakte上的ISIS支持者社区存活的时间要远长于Facebook，但到2015年9月，VKontakte上的社区开始关闭或变为私有不对外公开。研究人员对加入支持者社区的用户性别分析发现，40%的人自称是女性，她们通常是信息流动的中心，能增加社区的寿命。这些在线社区能快速转移，15%的社区改过名字，其它社区调整过隐私设置，或者消失然后再以不同的身份再次出现，其中的成员基本相同。ISIS支持者社区的规模会快速增长，反ISIS机构需要在这些社区规模比较小的时间进行瓦解，防止大的社区成长发展。http://www.nature.com/news/the-physicist-who-studies-isis-communities-online-1.20112#/b1

天体物理学家揭开奇异熔岩世界的神秘面纱

天体物理学家揭开奇异熔岩世界的神秘面纱熔融海洋的影响现在，科学家们在一项新的研究中表明，这些广阔的熔融海洋对观测到的热岩石超级地球的特性有很大的影响，比如它们的大小和进化路径。他们最近发表在《天体物理学杂志》上的研究发现，由于熔岩具有极强的可压缩性，岩浆海洋会导致富含熔岩且没有大气层的行星比类似大小的固态行星密度略高，并影响它们的地幔（即环绕行星核心的厚内层）结构。基尔斯滕-博利（KierstenBoley）说，即便如此，由于对这些天体的研究出了名的不足，要描述熔岩行星的基本运作是一项艰巨的任务。她是这项研究的第一作者，也是俄亥俄州立大学的一名天文学研究生。探测与理解博利说："熔岩世界是非常奇特、非常有趣的东西，由于我们探测系外行星的方式，我们更偏向于发现它们。"她的研究围绕着理解系外行星独特的基本成分，以及如何调整这些元素，或者在熔岩世界的情况下，调整它们的温度，可以完全改变它们。在这些神秘的燃烧世界中，最著名的一颗是巨蟹座55号，这是一颗距离我们约41光年的系外行星，科学家们称它既有波光粼粼的天空，也有汹涌澎湃的熔岩海。虽然太阳系中也有一些天体，比如木星的卫星木卫一，火山活动非常活跃，但在我们的宇宙空间中，还没有真正的熔岩行星可以让科学家们近距离研究。不过，研究岩浆海洋的成分如何促进其他行星的演化，比如它们保持熔融状态的时间长短以及最终冷却的原因，可以为了解地球自身的炽热历史提供线索，博利说。"当行星最初形成时，尤其是岩质陆地行星，它们在冷却过程中会经历一个岩浆海洋阶段。因此，熔岩世界可以让我们了解几乎所有陆地行星的演化过程。"研究技术和发现研究人员利用系外行星内部建模软件Exoplex和从以前的研究中收集到的数据构建了一个包含几种岩浆成分信息的模块，模拟了类似地球的行星的几种进化情况，其表面温度在2600到3860华氏度之间--这是行星的固态地幔变成液态的熔点。研究小组从他们创建的模型中发现，岩浆洋行星的地幔有三种形式：第一种是整个地幔完全熔化，第二种是地表有岩浆洋，第三种是三明治式的模型，即地表有岩浆洋，中间是固体岩石层，另一层是最靠近行星核心的熔融岩浆层。研究结果表明，第二种和第三种形式的行星比完全熔融的行星更常见。根据岩浆海洋的成分，一些无大气层的系外行星比其他行星更善于捕获挥发性元素--形成早期大气层所必需的氧和碳等化合物--达数十亿年之久。例如，该研究指出，一颗质量比地球大4倍的基底岩浆类行星能够捕获的水的质量是目前地球海洋的130多倍，是目前该行星表面和地壳中碳含量的约1000倍。博利说："当我们讨论一颗行星的进化及其拥有支持生命所需的不同元素的潜力时，能够在其外壳中捕获大量挥发性元素可能会对宜居性产生更大的影响。"对宜居性的影响和未来研究熔岩行星距离适宜居住以支持生命还有很长的路要走，但了解帮助这些世界达到这一目标的过程非常重要。然而，这项研究清楚地表明，在将这些世界与固态系外行星进行比较时，测量它们的密度并不是描述这些世界特征的最佳方法，因为岩浆海洋既不会显著增加也不会降低行星的密度，博利说。相反，他们的研究表明，科学家们应该关注其他地球参数，比如行星表面重力的波动，以检验他们关于热熔岩世界如何运行的理论，尤其是如果未来的研究人员计划利用他们的数据来帮助更大规模的行星研究的话。这项工作是地球科学和天文学的结合，基本上开启了有关熔岩世界的令人兴奋的新问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387293.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387293.htm

物理学家解开了准晶体形成之谜

物理学家解开了准晶体形成之谜一个由不同大小的环组成的子结构将自己无缝嵌入到一个六边形结构中。资料来源：马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校他们的研究解决了从金属氧化物中形成二维准晶体的奥秘，最近发表在《自然通讯》杂志上。"六角形在自然界中经常被发现。最著名的例子是蜂窝，但石墨烯或各种金属氧化物，如氧化钛也形成这种结构。六边形是周期性排列的理想模式，"MLU物理研究所表面和界面物理组的研究员StefanFörster博士解释说。"它们如此完美地结合在一起，没有任何缝隙。"2013年，该小组在铂金基底上沉积了一个含有氧化钛和钡的超薄层，并在超高真空中加热到约1000摄氏度时，有了一个惊人的发现。原子排列成三角形、正方形和菱形，这些三角形、正方形和菱形组合成甚至更大的具有12条边的对称形状。一个具有12倍旋转对称性的结构被创造出来，而不是预期的6倍周期性。根据福斯特的说法，"准晶体被创造出来，具有非周期性的结构。这种结构是由高度有序的基本原子团组成的，即使这种有序性背后的系统性对观察者来说是难以辨别的。"来自哈雷的物理学家们是世界上第一个证明在金属氧化物中形成二维准晶体的人。自他们发现以来，这种准晶体的形成机制仍然令人费解。MLU的物理学家现在与来自哈雷马克斯-普朗克微结构物理研究所、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学和美国国家标准与技术研究所（美国盖瑟斯堡）的研究人员合作，解决了这个谜题。利用精心设计的实验、高能计算和高分辨率显微镜，他们表明，高温和钡的存在创造了一个分别有四个、七个和十个原子的钛和氧环的网络。"钡既打破了原子环，又稳定了它们，"领导该联合项目的Förster解释说。"一个钡原子嵌入一个七原子环中，两个嵌入一个十原子环中"。这是可能的，因为钡原子与铂金支撑物发生静电作用，但不与钛原子或氧原子形成化学键。通过他们的最新发现，研究人员所做的不仅仅是澄清了一个基本的物理学问题。Förster说："现在我们对原子层面的形成机制有了更好的理解，我们可以尝试在其他与应用相关的材料（如金属氧化物或石墨烯）中按需制造这种二维准晶体。我们很高兴能够了解这种特殊的排列方式是否会产生全新的、有用的特性"。这些实验是作为"超周期晶体：结构、动力学和电子特性"项目的一部分进行的，该项目由德国研究基金会和法国国家研究机构资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345975.htm