牛津大学科学家发现在某些情况下 粒子可以吸引带相同电荷的粒子

牛津大学科学家发现在某些情况下粒子可以吸引带相同电荷的粒子粒子可以获得正电荷或负电荷，这决定了它们在其他粒子周围的行为方式。把两个带相反电荷的粒子放在一起，它们会相互吸引，而两个带相同电荷的粒子则会相互排斥。随着总电荷的增加和粒子间距离的拉近，这种静电力会越来越强，这就是著名的库仑定律。但在一项新的研究中，科学家们发现了规则的例外情况。当悬浮在某些溶液中时，一些带电粒子可以吸引相同电荷的粒子，即使距离相对较远。更奇怪的是，带正电荷和负电荷的粒子在不同溶液中的表现也不同。在测试中，研究小组将带负电荷的二氧化硅微粒悬浮在水中，发现在特定的pH值下，它们可以相互吸引，形成六角形的团块。这似乎违反了基本的电磁原理，即相同电荷的粒子在任何距离上都应该是相斥的。但是，当研究人员使用一种考虑到溶剂结构的粒子间相互作用理论来研究这种效应时，发现了一种新的吸引力，它可以克服静电排斥力。但带正电荷的胺化二氧化硅颗粒却并非如此。在任何pH值的水中，这种相互作用都是排斥的。因此，研究小组想知道他们是否能改变这种情况，结果发现，通过换用不同的溶剂（在本例中为醇类），带正电荷的粒子聚集在一起，而带负电荷的粒子则保持排斥状态。研究小组表示，这一发现可能会迫使我们对自己的假设进行重大反思，并可在实际化学中用于自组装、结晶和相分离等过程。这项研究发表在《自然-纳米技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422269.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

突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法

突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法描述通过电荷选择性离子传输进行纳米孔冷却的示意图。资料来源：2023Tsutsui等人，《用于纳米流体设备热管理的珀尔帖冷却》，《设备》日本研究人员的一项突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法，彻底改变了微流控系统的温度控制，并加深了人们对细胞离子通道的了解。在最近发表于《设备》（Device）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）研究人员领导的研究小组表明，利用纳米孔--膜上的一个非常小的孔--作为只允许特定离子通过的通道，可以实现冷却。一般来说，用电驱动溶液中的离子会使带正电荷的离子和带负电荷的离子向相反的方向移动。因此，离子携带的热能是双向流动的。如果离子的路径被一层只有一个纳米孔的膜阻挡，那么就有可能控制离子的流动。例如，如果孔表面带负电荷，那么负离子就会与之相互作用而不是通过，只有正离子才会流动，并带走它们的能量。研究报告的第一作者MakusuTsutsui解释说："在离子浓度较高的情况下，我们测量到温度随着电能的增加而升高。然而，在低浓度时，可用的负离子会与带负电的纳米孔壁相互作用。因此，只有带正电荷的离子通过纳米孔，温度也随之降低"。所展示的离子制冷可用于微流控系统的冷却，该系统用于移动、混合或研究极小体积的液体。这种系统在从微电子学到纳米医学的许多学科中都非常重要。此外，这些发现还有助于进一步了解离子通道，因为离子通道在细胞的精细平衡机制中发挥着至关重要的作用。这种洞察力可能是了解功能和疾病以及设计治疗方法的关键。研究的资深作者TomojiKawai说："我们对研究结果的潜在影响之广感到兴奋。纳米孔材料有很大的定制空间，可以调整冷却效果。此外，还可以创建纳米孔阵列来放大效果。"该研究成果可增强的领域确实很多，包括利用温度梯度产生电动势。这可以应用于温度传感或蓝色能量采集。编译自：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1405089.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1405089.htm

坠入量子兔子洞："爱丽丝指环"的发现让人窥探到粒子世界

坠入量子兔子洞："爱丽丝指环"的发现让人窥探到粒子世界具体地说，单极子衰变成一个环状漩涡，任何其他单极子通过漩涡中心时都会翻转成相反的磁荷。这些发现是阿尔托大学教授米科-莫托宁（MikkoMöttönen）和阿默斯特学院教授戴维-霍尔（DavidHall）合作完成的一系列工作中的最新发现。"这是我们的合作首次能够在自然界中创造出爱丽丝环，这是一项不朽的成就，"莫托宁说。这项基础研究为了解这些结构及其在粒子物理学中的类似物如何在宇宙中发挥作用打开了新的大门。这项名为"单极子合作"（MonopoleCollaboration）的长期合作关系在2014年初步证明了磁单极子量子类似物的存在，在2015年分离出量子单极子，并最终在2017年观测到一个量子单极子衰变成另一个量子单极子。研究人员刚刚在自然界中首次观测到的爱丽丝环的艺术插图。图片来源：HeikkaValja/阿尔托大学了解单极子在量子物理学领域，单极仍然是一个难以捉摸的概念。顾名思义，单极子是偶极子的孤独对应物，偶极子的北极带有正电荷，南极带有负电荷。相比之下，单极只携带正电荷或负电荷。虽然这个概念听起来很简单，但实现真正的单极子却是一项决定职业生涯的任务。单极子合作组织是这样实现的：他们在接近绝对零度的非磁性状态下操纵铷原子气体。在这种极端条件下，他们将三维磁场的零点引入量子气体，从而创造出了单极子。这些量子单极子本质上是短暂的，在产生几毫秒后就会衰减。爱丽丝环正是在这种不稳定性中形成的。莫托宁说："把单极子想象成一个在山顶摇晃的鸡蛋。"最轻微的扰动都会让它坠落。同样，单极也会受到噪音的影响，从而引发其衰变为爱丽丝环。"虽然单极子的寿命很短，但研究小组模拟出的爱丽丝环稳定时间长达84毫秒，比单极子的寿命长20倍。这让研究人员乐观地认为，未来的实验将揭示出爱丽丝环更为奇特的特性。霍尔说："从远处看，爱丽丝环就像一个单极，但从环的中心窥视，世界就会呈现出不同的形状。从这个角度看，一切似乎都是镜像，就好像爱丽丝环是通往反物质世界而非物质世界的大门。"从理论上讲，穿过爱丽丝环中心的单极子会转化为带相反电荷的反单极子。相应地，爱丽丝环的电荷也会发生变化。虽然这种现象尚未在实验中观察到，但莫托宁说，爱丽丝环的拓扑结构决定了这种行为的必然性。实验工作主要由阿默斯特学院的博士生阿琳娜-布利诺娃（AlinaBlinova）和霍尔（Hall）负责，而莫托宁和他的团队则负责进行匹配模拟。这样，两个团队就能确认实验观测结果的解释。布利诺娃说："作为我博士工作的最后一项成果，能有这样一个重大发现简直太令人惊讶了。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383567.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383567.htm

低功耗海水淡化技术可为灾区及时提供饮用水

低功耗海水淡化技术可为灾区及时提供饮用水目前，最常用的海水淡化方法是反渗透法。简而言之，它的工作原理是迫使海水通过一层可渗透的膜，这层膜允许水分子通过，但不允许盐（氯化钠）分子通过。这是一个有效的过程，但也需要相当大的能量才能产生所需的推水压。此外，膜最终会被捕获的盐堵塞，必须更换。由英国巴斯大学、斯旺西大学和爱丁堡大学的科学家们开发的一种实验性新系统完全不利用压力。相反，它在一个容器的一端装有一个带正电的电极，另一端装有一个带负电的电极，两者之间有一层多孔膜。当海水被放入其中时，盐分子中带正电荷的钠离子会被吸入带负电荷的电极，而带负电荷的氯离子则会被吸入带正电荷的电极。当氯离子穿过薄膜向正极移动时，也会推动水（H2O）分子穿过薄膜。钠离子被负电极吸引，留在了膜的原来一侧。然后，氯离子被循环回这一侧，这样它们就能推动更多的水分子通过。最终，大部分的水都流到了膜的正电极一侧，完全不含盐。到目前为止，该系统只在每次几毫升的水中进行过测试。因此，研究人员正在寻找合作伙伴，帮助开发这项技术，使其能够处理一升水，这样他们就能更好地了解实用系统需要多少电力。首席科学家、巴斯大学的弗兰克-马肯（FrankMarken）教授说："目前，反渗透法耗电量非常大，需要一个专门的发电厂来淡化水，这意味着它很难在较小的规模上实现。我们的方法可以在较小规模上提供一种替代解决方案，由于可以提取水而不产生任何副产品，这将节省能源，而且不涉及工业规模的加工厂"。这项研究的论文发表在最近出版的《ACS应用材料与界面》（ACSAppliedMaterialsandInterfaces）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385605.htm

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境研究人员确定了决定土壤是捕获碳还是以二氧化碳形式释放碳的关键因素，突出了分子相互作用和土壤化学的作用，可能有助于减缓气候变化的努力。Smectite粘土（如图所示）含有已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。资料来源：FrancescoUngaro通过结合实验室实验和分子建模，研究人员研究了有机碳生物分子与一种以捕获土壤中有机物而闻名的粘土矿物之间的相互作用。他们发现，静电荷、碳分子的结构特征、土壤中周围的金属养分以及分子间的竞争都对土壤捕集碳的能力（或无能）起着重要作用。新发现可以帮助研究人员预测哪些土壤化学成分最有利于捕获碳，从而有可能找到基于土壤的减缓人类造成的气候变化的解决方案。这项研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。该研究的资深作者、西北大学的LudmillaAristilde说："土壤中储存的有机碳约为大气中碳含量的十倍。如果这个巨大的储存库受到干扰，将会产生巨大的连锁反应。目前有很多人在努力将碳封存起来，以防止它进入大气层。如果我们想这样做，那么我们首先必须了解其中的机制。"作为环境过程中有机物动力学方面的专家，Aristilde是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程副教授。王家兴是Aristilde实验室的博士生，也是论文的第一作者。西北大学本科生RebeccaWilson是论文的第二作者。普通粘土土壤固碳量达25000亿吨，是地球上最大的碳汇之一，仅次于海洋。尽管土壤就在我们身边，但研究人员才刚刚开始了解它是如何从碳循环中锁碳固碳的。为了研究这一过程，阿里斯蒂尔德和她的团队研究了埃米土，这是一种已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。然后，他们研究了粘土矿物的表面如何与十种不同的生物大分子结合，其中包括氨基酸、与纤维素有关的糖和与木质素有关的酚酸，它们的化学性质和结构各不相同。"我们决定研究这种粘土矿物，因为它无处不在，"Aristilde说。"几乎所有土壤都含有粘土矿物。而且，粘土普遍存在于半干旱和温带气候地区--我们知道这些地区将受到气候变化的影响。"异性相吸阿里斯蒂尔德和她的团队首先研究了粘土矿物与单个生物分子之间的相互作用。由于粘土矿物带负电荷，带正电荷的生物分子（赖氨酸、组氨酸和苏氨酸）的结合力最强。但有趣的是，这种结合并非完全由静电荷决定。研究人员利用三维计算模型发现，生物分子的结构也发挥了作用。他说："在有些情况下，两个分子都带正电，但其中一个分子与粘土的相互作用比另一个更好。这是因为结合的结构特征也很重要。分子必须足够灵活，能够采用一种结构排列方式，使其带正电荷的成分与粘土对齐。例如，赖氨酸有一个带正电荷的长臂，可以用来固定自己。"朋友的帮助按照这种逻辑，人们可能会认为带负电荷的生物分子无法与粘土结合。但阿里斯蒂尔德和她的团队发现，周围的天然金属养分可以介入其中。带正电荷的金属（如镁和钙）在带负电荷的生物分子和粘土矿物之间架起了一座桥梁，形成了一种结合。即使是通常不会与粘土结合的生物分子，当镁存在时，也能够看到其结合率显著提高。因此，土壤中的天然金属成分可以促进碳捕集。虽然这是一个广泛报道的现象，但研究人员揭示了其结构和机制。混合与交融在研究单个生物分子与粘土矿物之间的相互作用时，研究人员发现结合是可预测和直接的。为了获得更接近真实世界环境的信息，阿里斯蒂尔德和她的团队将不同的生物分子混合在一起。"我们知道，环境中不同类型的生物分子是共存的，"阿里斯蒂尔德说。"因此，我们还进行了生物分子混合物的实验。虽然研究人员最初认为生物分子会相互竞争与粘土相互作用，但他们却发现了意想不到的行为。一个令人惊讶的转折是，即使是具有柔性结构的带正电荷的生物大分子也会受到抑制，无法与粘土矿物结合。虽然它们在单独存在时很容易与粘土结合，但生物大分子相互结合的冲动似乎取代了它们对粘土的吸引力。这在以前是没有过的。两种生物分子之间的吸引能量实际上高于生物分子对粘土的吸引能量。这导致吸附力下降。这改变了我们对分子如何在表面上竞争的看法。它们不仅仅是在争夺表面的结合位点。它们实际上可以相互吸引。下一步行动接下来，阿里斯蒂尔德和她的团队计划研究在包括热带气候在内的温暖地区发现的土壤中，生物分子是如何与矿物质相互作用的。在另一个相关项目中，他们的目标是探索有机物如何在河流和其他水系中迁移。阿里斯蒂尔德说："既然我们已经研究了主要存在于温带地区的粘土矿物，我们就想了解其他类型的矿物。它们是如何捕获有机物的？过程是相同还是不同？如果我们想让碳继续留在土壤中，那么我们就需要了解它们是如何组合的，以及这种组合是如何影响微生物的可及性的。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421805.htm