研究证明反物质对引力的反应与物质无异

研究证明反物质对引力的反应与物质无异十七世纪，艾萨克-牛顿在观看了苹果从树上掉落的过程后，提出了他的万有引力理论。几个世纪后，阿尔伯特-爱因斯坦提出了广义相对论，该理论至今仍是对万有引力最成功、最经得起检验的描述。然而，反物质却不为爱因斯坦所知。1928年，英国物理学家保罗-狄拉克（PaulDirac）提出理论，认为每一种粒子都存在相应的反粒子，并预言了正电子（或反电子）的存在。从那时起，关于引力和反物质之间的相互作用就有了很多猜测，有人认为反物质被引力排斥，也有人认为它被引力吸引。欧洲核子研究中心（CERN）的反氢激光物理装置（ALPHA）合作组织的一项新研究可能已经解决了这一争论，该研究发现反氢原子（氢的反物质对应物）落到地球上的方式与其物质对应物相同。这项研究的通讯作者杰弗里-杭斯特（JeffreyHangst）说："在物理学中，只有通过观察才能真正了解某些东西。这是首次直接观察到引力对反物质运动影响的实验。这是反物质研究中的一个里程碑，由于反物质在宇宙中明显不存在，它仍然让我们感到神秘。"ALPHA实验涉及在捕获装置中制造、捕获和研究反氢原子。反氢原子是电中性和稳定的反物质粒子，因此非常适合研究反物质的引力行为。反氢是由反质子和正电子这两种反粒子组合而成的。反质子是一种亚原子粒子，质量与质子相同，但带有负电荷。ALPHA小组最近建造了一个名为ALPHA-g的垂直仪器，其中的"g"表示当地的重力加速度，对于物质而言，重力加速度为32.2英尺/秒2（9.81米/秒2）。ALPHA-g可以测量反氢原子与相应物质相遇时的垂直位置--这一过程被称为湮灭--一旦捕获器的磁场关闭，原子就会逃逸。研究人员每次捕获一组约100个反氢原子。然后，他们通过逐渐减小顶部和底部捕获器磁铁中的电流，在20秒内缓慢释放原子。根据计算机模拟预测，20%的原子将从陷阱顶部释放，80%的原子将从底部释放，这一差异是由重力向下效应造成的。研究人员对七次释放试验的结果进行了平均，发现反原子从顶部和底部流出的比例与模拟结果一致。也就是说，反氢原子的下落方式与氢原子在1克（即正常重力）下的下落方式相同。利用ALPHA-g仪器，研究人员有效地重现了伽利略著名的重力实验。据传说，这位意大利科学家从比萨斜塔顶端投下不同重量的铁球，它们同时落地，这表明重力会使不同质量的物体以相同的加速度下落。研究人员表示，他们的发现排除了存在排斥性"反引力"的可能性，但目前的研究仅仅标志着对反物质引力性质进行详细、直接研究的开始。Hangst说："我们花了30年的时间才学会如何制造这种反原子，如何抓住它，以及如何很好地控制它，以至于我们能够以一种让它对引力敏感的方式将它实际投放下去。下一步是尽可能精确地测量加速度。我们想测试物质和反物质是否真的以同样的方式坠落。"这项研究发表在《自然》杂志上，在下面这段由欧洲核子研究中心制作的视频中，杰弗里-杭斯特解释了ALPHA-g的工作原理、反物质引力实验的原因和结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386881.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386881.htm

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。

欧洲核子研究中心27日宣布，科研人员观测到了反氢原子在重力作用下自由下落。团队将反氢原子“囚禁”在一个名为阿尔法-g的垂直真空磁阱中，并通过逐渐降低磁阱顶部和底部的电流调节磁场，让这些反氢原子在20秒内逃逸。计算机模拟结果显示，对于物质来说，这种操作将导致大约20%的原子通过磁阱顶部逃逸，80%的原子通过底部逃逸，这是由重力引起的差异。研究团队综合了7次释放反氢原子试验的结果后发现，反氢原子从磁阱顶部和底部逃逸的比例与计算机模拟结果一致。这表明在当前试验精度范围内，反氢原子在引力作用下表现出向下坠落的运动趋势，其重力加速度也和普通物质一致。这是人类首次直接观测到反物质在地球引力作用下与普通物质拥有同样的表现，是反物质研究的“里程碑”式发现，也再次印证了爱因斯坦在广义相对论中的预测。（）

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380K降至170K，相应地，Ps均方根速度的横向分量也从54km/s降至37km/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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421597.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421597.htm

爱因斯坦再次正确：反物质像普通物质一样由于重力而“下落”

爱因斯坦再次正确：反物质像普通物质一样由于重力而“下落”根据《自然》杂志上发表的一篇新论文，欧洲核子研究组织的物理学家已经证明，反物质会像普通物质一样，由于重力而向下下落。这并不是一个特别令人惊讶的结果——如果发现反物质被引力排斥并向上“下落”，那将是一个重大新闻——但它确实告诉了我们更多关于反物质的信息，并使物理学家距离解决最重要的问题之一又近了一步。围绕着我们宇宙最早的时刻的难以捉摸的奥秘。顾名思义，反物质与普通物质完全相反，因为它是由反粒子而不是普通粒子组成的。这些反粒子的质量与其常规对应物相同。但就像照镜子左右颠倒一样，反粒子的电荷也颠倒了。因此，反电子将具有正电荷而不是负电荷，而反质子将具有负电荷而不是正电荷。当反物质遇到物质时，两种粒子都会湮灭，它们的总质量转化为纯能量。来源：投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

量子互联网的重要里程碑： 新实验实现在技术之间"翻译"量子信息

量子互联网的重要里程碑：新实验实现在技术之间"翻译"量子信息这代表了一种将量子信息从量子计算机使用的格式转化为量子通信所需格式的创新方法。一个铌超导空腔。孔洞通向隧道，隧道相交以捕获光和原子。光子--光的粒子--对量子信息技术至关重要，但不同的技术以不同的频率使用它们。例如，一些最常见的量子计算技术是基于超导量子比特，如科技巨头Google和IBM使用的那些；这些量子比特将量子信息存储在以微波频率移动的光子中。但是，如果你想建立一个量子网络，或连接量子计算机，你就不能四处发送微波光子，因为它们对量子信息的控制力太弱，无法在旅途中生存。"我们用于经典通信的很多技术--手机、Wi-Fi、GPS以及诸如此类的东西--都使用微波频率的光，"芝加哥大学詹姆斯-弗兰克研究所的博士后、该论文的第一作者AishwaryaKumar说。"但你不能这样做量子通信，因为你需要的量子信息是在一个单一的光子中。而在微波频率下，这种信息会被埋没在热噪声中。"铷的电子能级示意图。其中两个能级间隙分别与光学光子和微波光子的频率相符。激光被用来迫使电子跳到更高的层次或降到更低的层次。解决方案是将量子信息转移到更高频率的光子上，称为光学光子，它对环境噪声的抵抗力要强得多。但信息不能直接从光子转移到光子；相反，我们需要中间物质。一些实验为此目的设计了固态设备，但库马尔的实验瞄准了更基本的东西：原子。原子中的电子只允许拥有某些特定的能量，称为能级。如果一个电子处于一个较低的能级，它可以被激发到一个较高的能级，方法是用一个能量正好与较高和较低能级之间的差异相匹配的光子击中它。同样地，当一个电子被迫降到一个较低的能级时，原子就会发射出一个能量与能级之间的能量差相匹配的光子。铷原子恰好有两个空隙，库马尔的技术利用了这两个空隙：一个正好等于微波光子的能量，另一个正好等于光子的能量。通过使用激光使原子的电子能量上下移动，该技术允许原子吸收带有量子信息的微波光子，然后发射带有该量子信息的光学光子。这种不同模式的量子信息之间的转换被称为"转导"。有效地将原子用于这一目的是由于科学家们在操纵这种小物体方面取得的重大进展而成为可能。库马尔说："在过去的20或30年里，我们作为一个群体已经建立了卓越的技术，使我们能够控制关于原子的一切，所以实验是非常可控和有效的。"他说，他们成功的另一个秘密是该领域在腔体量子电动力学方面的进展，在那里，一个光子被困于一个超导反射室。迫使光子在一个封闭的空间里反弹，超导腔加强了光子和放在里面的任何物质之间的相互作用。他们的腔体看起来不是很封闭，事实上，它更像一块瑞士奶酪。但看起来像洞的地方实际上是以非常特殊的几何形状相交的隧道，因此光子或原子可以被困在一个交叉点上。这是一个聪明的设计，也允许研究人员进入腔室，以便他们能够注入原子和光子。该技术可以双向工作：它可以将量子信息从微波光子转移到光学光子，反之亦然。因此，它可以在两个超导量子计算机之间的长距离连接的任何一侧，并作为量子互联网的基本构件。但库马尔认为，这项技术的应用可能比量子网络多得多。它的核心能力是强纠缠原子和光子--这是整个领域中许多不同的量子技术中必不可少的，也是困难的任务。他说："我们真正感到兴奋的事情之一是这个平台能够产生真正有效的纠缠，纠缠是我们关心的几乎所有量子的核心，从计算到模拟到计量学和原子钟。我很高兴看到我们还能做什么。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352151.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352151.htm

计算领域的里程碑：拥有超过1000个晶体管的二维半导体材料内存处理器诞生

计算领域的里程碑：拥有超过1000个晶体管的二维半导体材料内存处理器诞生由EPFL研究人员开发的首个使用二维半导体材料的大规模内存处理器可大幅减少信息和通信技术领域的能源消耗。当信息和通信技术（ICT）处理数据时，它们会将电能转化为热能。如今，全球ICT生态系统的二氧化碳排放量已与航空业不相上下。然而，事实证明，计算机处理器消耗的大部分能源并非用于执行计算。相反，处理数据所消耗的大部分能源用于在内存和处理器之间传输字节。在11月13日发表在《自然-电子学》（NatureElectronics）杂志上的一篇论文中，EPFL工程学院纳米电子学和结构实验室（LANES）的研究人员介绍了一种新型处理器，这种处理器将数据处理和存储整合到一个设备上，即所谓的内存处理器，从而解决了这种低效问题。他们在二维半导体材料的基础上创造出了第一个由1000多个晶体管组成的内存处理器，开辟了新的领域，这是通往工业化生产道路上的一个重要里程碑。在发表于《自然-电子学》（NatureElectronics）杂志上的一篇论文中，EPFL工程学院纳米电子学与结构实验室（LANES）的研究人员介绍了一种新型处理器，这种处理器将数据处理和存储整合到一个设备上，即所谓的内存处理器，从而解决了效率低下的问题。他们在二维半导体材料的基础上创造了首个由1000多个晶体管组成的内存处理器，开辟了新的领域，这是通往工业化生产道路上的一个重要里程碑。图片来源：2023EPFL/AlanHerzog冯-纽曼的遗产领导这项研究的安德拉什-基斯（AndrasKis）认为，当今CPU效率低下的罪魁祸首源自普遍采用的冯-诺依曼架构。具体来说，就是将用于执行计算和存储数据的组件物理分离。由于这种分离，处理器需要从存储器中检索数据来执行计算，这就需要移动电荷、对电容器充电和放电以及沿线传输电流，所有这些都会耗散能量。直到20年前，这种架构还是合理的，因为数据存储和处理需要不同类型的设备。但是，冯-诺依曼架构正日益受到更高效替代方案的挑战。基斯解释说："如今，人们正在努力将存储和处理合并成一种更通用的内存处理器，这种处理器包含的元件既可以用作存储器，也可以用作晶体管。他的实验室一直在探索如何利用二硫化钼（MoS2）这种半导体材料实现这一目标。"新型二维处理器架构在他们的《自然-电子学》论文中，LANES的博士助理GuilhermeMigliatoMarega和他的合著者介绍了一种基于MoS2的内存处理器，专门用于数据处理中的基本操作之一：矢量矩阵乘法。这种运算在数字信号处理和人工智能模型的实施中无处不在。提高其效率可为整个信息和通信技术领域节省大量能源。他们的处理器将1024个元素组合在一个一厘米见方的芯片上。每个元件包括一个二维MoS2晶体管和一个浮动栅极，浮动栅极用于在存储器中存储电荷，从而控制每个晶体管的导电性。以这种方式将处理和存储器耦合在一起，从根本上改变了处理器进行计算的方式。基斯解释说："通过设置每个晶体管的电导率，我们只需向处理器施加电压并测量输出，就能执行模拟矢量矩阵乘法运算。"向实际应用迈进一大步在开发内存处理器的过程中，材料MoS2的选择起到了至关重要的作用。首先，MoS2是一种半导体，这是开发晶体管的必要条件。与当今计算机处理器中使用最广泛的半导体硅不同，MoS2形成了一个稳定的单层，只有三个原子厚，只与周围环境发生微弱的相互作用。它的薄度为生产极其紧凑的设备提供了可能。最后，这是一种Kis实验室非常熟悉的材料。2010年，他们利用从晶体上剥离下来的单层MoS2材料，用苏格兰胶带制作出了第一个单层MoS2晶体管。在过去的13年中，他们的工艺已日趋成熟，而米利亚托-马雷加（MigliatoMarega）的贡献功不可没。"从单个晶体管到超过1000个晶体管，关键的进步在于我们能够沉积的材料质量。经过大量的工艺优化，我们现在可以生产覆盖着一层均匀的MoS2的整个晶片。这使我们能够采用行业标准工具在计算机上设计集成电路，并将这些设计转化为物理电路，从而为大规模生产打开大门，"基斯说道。振兴欧洲芯片制造业除了纯粹的科学价值外，Kis还认为这一成果证明了瑞士与欧盟之间紧密科学合作的重要性，特别是在旨在加强欧洲在半导体技术和应用方面的竞争力和适应力的《欧洲芯片法案》背景下。"欧盟的资助对这个项目和之前的项目都至关重要，包括资助第一个MoS2晶体管的工作，这表明欧盟的资助对瑞士是多么重要，"基斯说。"同时，这也表明了瑞士所做的工作如何能让欧盟在重振电子制造的过程中受益。例如，欧盟可以专注于开发用于人工智能加速器和其他新兴应用的非冯-诺依曼处理架构，而不是与其他人进行同样的竞赛。通过定义自己的竞赛，欧盟可以抢占先机，确保在未来占据有利地位。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397345.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397345.htm