前沿掃描六則

247仄秒！短時(shí)測(cè)量世界紀(jì)錄誕生

1999 年，埃及化學(xué)家艾哈邁德·澤維爾因使用飛秒（10-15秒）化學(xué)技術(shù)，觀察到分子中的原子在化學(xué)反應(yīng)中如何運(yùn)動(dòng)而榮膺諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。日前，德國(guó)科學(xué)家首次研究了一個(gè)發(fā)生時(shí)長(zhǎng)比飛秒短得多的過(guò)程——他們測(cè)量出光子穿過(guò)氫分子所花費(fèi)的平均時(shí)間為247 仄秒（10-21秒），這是迄今科學(xué)家成功測(cè)量的最短時(shí)間，有望幫助科學(xué)家更好地理解化學(xué)過(guò)程。在最新研究中，歌德大學(xué)研究人員用漢堡加速器設(shè)施電子同步加速器上的激光源PETRA Ⅲ發(fā)出的X 射線照射氫分子，對(duì)其開展時(shí)間測(cè)量。研究人員解釋稱，光子就像兩次在水面激起兩股水波的鵝卵石，會(huì)在氫分子的電子云中產(chǎn)生電子波，這些電子波的波峰和波谷相遇時(shí)會(huì)相互抵消，形成所謂的干涉圖像，他們借此可以計(jì)算電子從一個(gè)原子到下一個(gè)原子所需的時(shí)間。

擠壓細(xì)胞可加速分裂生長(zhǎng)

麻省理工學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，物理擠壓細(xì)胞及其內(nèi)含物，可以使細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂速度超過(guò)正常水平。為了研究物理擠壓對(duì)細(xì)胞的影響，研究人員使用不同質(zhì)量的凝膠對(duì)不同類型的細(xì)胞進(jìn)行擠壓。報(bào)道稱，這可使細(xì)胞大小發(fā)生顯著改變，體積壓縮到原體積的10%～30%。他們通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞會(huì)隨著壓力的增加而變硬，被擠壓的細(xì)胞內(nèi)含物更緊密，活動(dòng)更少。研究結(jié)果表明，那些被擠壓的類器官比沒(méi)有被擠壓的類器官生長(zhǎng)得更大、更快，其表面也有更多干細(xì)胞。這證明擠壓確實(shí)影響類器官生長(zhǎng)，細(xì)胞的行為可能會(huì)因其所含水分多少而改變。該研究不僅為我們提供了研究器官功能和測(cè)試各種疾病候選藥物的途徑，而且可應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)的器官移植。

迄今“最安靜”半導(dǎo)體量子比特問(wèn)世

為使量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行有用的計(jì)算，由量子比特編碼的量子信息的精確度必須盡量達(dá)到100%。由硅內(nèi)原子的電子制成的量子比特，有助于科學(xué)家研制出大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)，但硅材料內(nèi)的缺陷會(huì)引起電荷噪音，干擾量子信息，影響其準(zhǔn)確性。鑒于此，澳大利亞新南威爾士大學(xué)德維克·克蘭茲團(tuán)隊(duì)通過(guò)減少硅芯片內(nèi)的雜質(zhì)，并使其內(nèi)的磷原子遠(yuǎn)離產(chǎn)生大多數(shù)噪音的表面和交界面，創(chuàng)造出了迄今“最安靜”——噪音最低的半導(dǎo)體量子比特。此外，研究人員表示，為執(zhí)行大規(guī)模量子計(jì)算所需的無(wú)差錯(cuò)計(jì)算，兩量子比特門——任何量子計(jì)算機(jī)的核心構(gòu)件的準(zhǔn)確性要求超過(guò)99%。為達(dá)到這一保真度閾值，量子操作需要穩(wěn)定且快速，米歇爾·西蒙斯團(tuán)隊(duì)最近證明，他們可以在1微秒內(nèi)讀出量子比特。

全新磁驅(qū)動(dòng)高速軟體機(jī)器人問(wèn)世

對(duì)于自然界的生物而言，高速行動(dòng)對(duì)捕獵、逃跑和飛行至關(guān)重要。這一點(diǎn)對(duì)于軟體機(jī)器人也一樣有用，因?yàn)樗梢詭椭鷻C(jī)器人捕捉快速移動(dòng)的物體，并對(duì)周圍動(dòng)態(tài)環(huán)境迅速作出反應(yīng)。近日，歐洲科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種磁驅(qū)動(dòng)的新型高速軟體機(jī)器人。他們?cè)跈C(jī)器人體內(nèi)嵌入微小的磁體，快速響應(yīng)磁場(chǎng)，使機(jī)器人可以根據(jù)它們具體的形狀移動(dòng)。在演示中，機(jī)器人可高速完成行走、游泳、漂浮和捕捉活體蒼蠅等運(yùn)動(dòng)。研究人員表示，這種設(shè)計(jì)取得了迄今已報(bào)道的軟體機(jī)器人最高的比能量密度，這對(duì)于低磁場(chǎng)下的高速驅(qū)動(dòng)很關(guān)鍵。這種機(jī)器人將在生物組織工程與生物力學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

最近距離圍觀恒星被黑洞撕成“意大利面條”

日前，天文學(xué)家通過(guò)位于智利的歐洲南方天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到，在2.15億光年外的波江座螺旋星系中，一顆恒星被一個(gè)超大質(zhì)量黑洞撕裂并吞噬（當(dāng)一顆不幸的恒星與星系中心的超大質(zhì)量黑洞距離太近時(shí)，黑洞的極強(qiáng)引力會(huì)將恒星撕成細(xì)薄的物質(zhì)流，這些物質(zhì)流就像意大利面條一般。當(dāng)這些細(xì)細(xì)的、薄薄的恒星物質(zhì)落入黑洞時(shí)，會(huì)釋放出明亮的高能耀斑，并被天文學(xué)家探測(cè)到）。這是迄今為止天文學(xué)家看到的距離最近的恒星“臨終”燃燒過(guò)程。恒星被撕成“意大利面條”這種事件十分罕見(jiàn)，也很難研究。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)黑洞吞噬恒星時(shí)，可以向外發(fā)射出強(qiáng)烈的物質(zhì)沖擊波。這種強(qiáng)大的能量將塵埃和恒星碎片向外推出，形成一種“簾幕”式的遮蔽作用，從而阻礙了科學(xué)家的觀測(cè)視線。

36千米/秒！聲波最大速度上限算出

聲波可通過(guò)不同介質(zhì)傳播，而且不同介質(zhì)內(nèi)聲波的傳播速度也不同，其在固體內(nèi)比在液體或氣體內(nèi)“跑得更快”。英國(guó)科學(xué)家近日聲稱，他們?cè)诠虘B(tài)氫原子內(nèi)發(fā)現(xiàn)了聲波迄今最大速度上限：約36 千米/秒。了解這一值有望讓材料科學(xué)等多領(lǐng)域受益。研究發(fā)現(xiàn)，聲速的上限取決于兩個(gè)基本常數(shù)：精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)和質(zhì)子-電子質(zhì)量比。研究人員解釋稱，這兩個(gè)常數(shù)對(duì)于我們理解宇宙也至關(guān)重要。比如，這兩個(gè)常數(shù)掌控著核反應(yīng)，如質(zhì)子衰變和恒星內(nèi)的核合成。而且，這兩個(gè)數(shù)值間的平衡提供了一個(gè)狹窄的“宜居區(qū)域”——在該區(qū)域內(nèi)，恒星和行星得以形成，生命的分子結(jié)構(gòu)也悄然出現(xiàn)。此外，其他新發(fā)現(xiàn)還表明，這兩個(gè)基本常數(shù)還可以限制特定材料屬性（如聲速）的數(shù)值，影響材料學(xué)和凝聚態(tài)物理等科學(xué)領(lǐng)域。