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里程碑式的发现揭开晶体形成背后的秘密

里程碑式的发现揭开晶体形成背后的秘密 时至今日，人类对水晶魔力的痴迷依然充斥着科学家们的头脑，他们开发出了各种方法将水晶用于治疗疟疾、太阳能电池、半导体、催化剂和光学元件等各个方面。多年来，晶体已成为现代文明技术的重要组成部分。休斯顿大学弗兰克-沃利（Frank Worley）化学与生物分子工程学教授彼得-维基洛夫（Peter Vekilov）发表论文称，分子与晶体的结合分为两个步骤，中间还存在一个中间状态。资料来源：休斯顿大学因此，对于历史学家来说，如果要制作一个跨越一百万年的晶体魅力和研究时间表，那么休斯顿大学化学和生物分子工程系弗兰克-沃利（Frank Worley）教授彼得-维基洛夫（PeterVekilov）在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表文章，解答晶体是如何形成以及分子是如何成为晶体的一部分的时间，就是 2024 年 1 月。维基洛夫说："几十年来，晶体生长研究人员一直梦想着阐明进入的分子与晶体表面接受它们的独特位点扭结之间的化学反应。这种反应的机理，即特征时间尺度和长度尺度、可能的中间产物及其稳定性，60 多年来一直是难以捉摸和猜测的"。加深理解的主要障碍是缺乏有关分子如何加入的数据，以及分子从溶液到其生长地的复杂过程。Vekilov 使用 NanoRacer（使用原子力显微镜）高速扫描样品，获得晶体分子结构的重要信息。资料来源：休斯顿大学为了揭示溶解在液体中的分子（溶质）与扭结之间的化学反应，Vekilov 采用了两种转化策略，一种是使用全有机对，另一种是使用四种具有不同结构和功能的溶剂。在研究分子时，他结合了最先进的实验技术，包括近分子分辨率的时间分辨原位原子力显微镜、X 射线衍射、吸收光谱和扫描电子显微镜。就在那时，维基洛夫有了一个革命性的发现：结晶的结合可能分为两个步骤，中间有一个中间状态，这个中间状态的稳定性是晶体生长的关键。它基本上决定了晶体形成的快慢，因为它影响到晶体在形成过程中能否轻易地与其他物质结合。虽然这些新发现并不能追溯到智人时代，但它们为维基洛夫解开了一个长达 40 年的谜题。维基洛夫手持磷酸二氢钾（KDP）晶体。图片来源：休斯顿大学他说："中间态的概念及其在晶体生长中的决定性作用，驳斥并取代了我的博士生导师 A.A. Chernov 在该领域提出的主流观点，即晶体生长的激活障碍由溶液体中溶质与溶剂的相互作用决定。"由中间状态介导的两步掺入新模式有助于理解液体中的小分子如何影响自然界中晶体的详细形状。同样重要的是，这一范例将指导人们寻找能稳定中间状态的溶剂和添加剂，以减缓不希望出现的多晶体等的生长。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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大型强子对撞机在揭示宇宙基本力方面取得里程碑式进展

大型强子对撞机在揭示宇宙基本力方面取得里程碑式进展 在欧洲核子研究中心的广泛参与基础上，罗切斯特大学团队最近实现了对粒子物理标准模型的重要组成部分电弱混合角的"难以置信的精确"测量。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹在探索宇宙奥秘的过程中，罗切斯特大学的研究人员数十年来一直参与欧洲核研究组织（通常称为欧洲核子研究中心）的国际合作。在广泛参与欧洲核子研究中心（CERN）工作，特别是参与 CMS（紧凑渺子螺线管）合作项目的基础上，由乔治-帕克（George E. Pake）物理学教授阿里-博德克（Arie Bodek）领导的罗切斯特团队最近取得了突破性的里程碑成果。他们的成果集中于测量电弱混合角，这是粒子物理标准模型的一个重要组成部分。该模型描述了粒子如何相互作用，并精确预测了物理学和天文学中的大量现象。博德克说："最近对电弱混合角的测量非常精确，它是通过欧洲核子研究中心的质子碰撞计算得出的，加强了人们对粒子物理学的理解。"CMS合作组织汇集了来自全球各地的粒子物理学界人士，以更好地了解宇宙的基本规律。除博德克外，罗切斯特大学的 CMS 协作小组成员还包括首席研究员、物理学教授 Regina Demina 和物理学副教授 Aran Garcia-Bellido，以及博士后研究助理、研究生和本科生。罗切斯特大学的研究人员作为紧凑渺子螺线管（CMS）协作组的成员，长期在欧洲核子研究中心工作，包括在 2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹欧洲核子研究中心位于瑞士日内瓦，是世界上最大的粒子物理实验室，以其突破性发现和尖端实验而闻名于世。罗切斯特的研究人员长期在欧洲核子研究中心工作，是 CMS 协作小组的成员之一，包括在2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用，这种基本粒子有助于解释宇宙中质量的起源。该合作项目的工作包括收集和分析从欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的紧凑μ介子螺线管探测器收集到的数据，LHC是世界上最大、最强大的粒子加速器。大型强子对撞机由17英里长的超导磁体和加速结构组成，建在地下，横跨瑞士和法国边境。大型强子对撞机的主要目的是探索物质的基本构成元素以及支配它们的力量。为此，它将质子或离子束加速到接近光速，并以极高的能量使它们相互撞击。这些碰撞再现了类似于宇宙大爆炸后几分之一秒的条件，使科学家能够研究粒子在极端条件下的行为。19 世纪，科学家发现电和磁的不同作用力之间存在联系：变化的电场会产生磁场，反之亦然。这一发现构成了电磁学的基础，它将光描述为波，并解释了光学中的许多现象，同时还描述了电场和磁场如何相互作用。在这一认识的基础上，物理学家在 20 世纪 60 年代发现电磁力与另一种力弱力有关。弱力在原子核内运行，负责放射性衰变和太阳能源生产等过程。这一发现促成了弱电理论的发展，弱电理论认为电磁力和弱力实际上是一种统一力的低能表现形式，这种统一力被称为统一弱电相互作用力。希格斯玻色子等重大发现证实了这一概念。最近，欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的 CMS 协作小组通过分析数十亿次质子-质子对撞，完成了迄今为止与该理论相关的最精确测量之一。他们的重点是测量弱混合角，这是一个描述电磁力和弱力如何混合在一起产生粒子的参数。以前对电弱混合角的测量曾在科学界引发争论。然而，最新的发现与粒子物理标准模型的预测非常吻合。罗切斯特大学研究生 Rhys Taus 和博士后助理研究员 Aleko Khukhunaishvili 采用新技术最大限度地减少了测量中固有的系统不确定性，从而提高了测量精度。对弱混合角的理解揭示了宇宙中不同的力如何在最小尺度上共同作用，加深了对物质和能量基本性质的理解。博德克说："自2010年以来，罗切斯特团队一直在开发创新技术并测量这些电弱参数，然后在大型强子对撞机上实施这些技术。"这些新技术预示着对标准模型的预测进行精确测试的新时代已经到来。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：