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科學(xué)家首獲“量子超化學(xué)”實(shí)驗(yàn)室證據(jù)同一量子態(tài)粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)現(xiàn)象

科技日?qǐng)?bào)2023 年8 月8 日?qǐng)?bào)道，美國(guó)芝加哥大學(xué)科學(xué)家宣布，理論預(yù)測(cè)20 年后，他們首次在實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)到“量子超化學(xué)”現(xiàn)象，即同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)的現(xiàn)象。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。

研究負(fù)責(zé)人金政教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示：“這一新研究有望開(kāi)辟‘量子增強(qiáng)’化學(xué)反應(yīng)這一新領(lǐng)域，促進(jìn)量子化學(xué)、量子計(jì)算等發(fā)展，也有助科學(xué)家更好地研究宇宙定律?！?/p>

金政指出，他的團(tuán)隊(duì)專門研究在極低溫度下保存的粒子。在接近絕對(duì)零度時(shí)，粒子可“手牽手”，處于同一量子態(tài)，表現(xiàn)出不同尋常的能力和行為。此前，科學(xué)家提出理論稱，一組處于相同量子態(tài)的原子和分子在化學(xué)反應(yīng)中會(huì)表現(xiàn)出集體加速的行為，但科學(xué)家們此前從未觀察到這一現(xiàn)象。

在最新研究中，金政團(tuán)隊(duì)冷卻了銫原子，并將它們誘導(dǎo)到相同量子態(tài)，隨后觀察原子發(fā)生反應(yīng)形成銫分子。在普通化學(xué)反應(yīng)中，單個(gè)原子會(huì)彼此碰撞，每次碰撞都可能隨機(jī)形成一個(gè)分子。但量子力學(xué)預(yù)測(cè)，處于相同量子態(tài)的原子會(huì)集體行動(dòng)，如此一來(lái)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)后果：一是反應(yīng)發(fā)生得更快，事實(shí)上，原子越多，反應(yīng)就越快；二是最終得到的分子會(huì)共享特定的量子態(tài)。

金政團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到處于同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)的現(xiàn)象。他解釋道：“處于不同狀態(tài)的相同分子可能擁有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，有時(shí)科學(xué)家們需要在特定狀態(tài)下制備一批分子，利用傳統(tǒng)化學(xué)方法很難做到這一點(diǎn)，但他們的最新技術(shù)，可以將分子快速引導(dǎo)到相同的狀態(tài)?！?/p>

最新實(shí)驗(yàn)使用簡(jiǎn)單的雙原子分子，包括張振東博士等在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用最新方法，處理更大、更復(fù)雜的分子。他們?cè)O(shè)想在量子計(jì)算機(jī)或量子信息處理中使用此類分子作為量子比特。也有科學(xué)家正在探索利用這一現(xiàn)象更精確測(cè)量一些基本定律和相互作用，如宇宙學(xué)基本定律對(duì)稱性破缺等。

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理論預(yù)測(cè)的“惡魔”粒子首次現(xiàn)身可助揭示超導(dǎo)體工作原理

科技日?qǐng)?bào)2023 年8 月10 日?qǐng)?bào)道，理論預(yù)測(cè)67年后，美國(guó)和日本的科學(xué)家首次在釕酸鍶內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了名為“惡魔”的粒子。這一發(fā)現(xiàn)或可解釋為什么某些材料是超導(dǎo)體，并有助科學(xué)家尋找新的超導(dǎo)材料。相關(guān)論文發(fā)表于2023 年8 月9 日出版的《自然》雜志。

該粒子是一種等離子體激元，產(chǎn)生于名為等離子體的帶電粒子。當(dāng)電子從原子中自由“漂浮”出來(lái)時(shí)，就會(huì)形成等離子體。等離子體激元是等離子體內(nèi)的集體振動(dòng)，其行為就像一個(gè)粒子，這種“準(zhǔn)粒子”在金屬反射和吸收光等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1956年，美國(guó)物理學(xué)家大衛(wèi)·派因斯首次提出了一種由兩種不同能量的等離子體以不同頻率振蕩產(chǎn)生的等離子體激元，稱其為“獨(dú)特的電子運(yùn)動(dòng)”或“惡魔”，并預(yù)測(cè)它將具有多種特性：對(duì)光不可見(jiàn)、電中性、行為表現(xiàn)類似聲音等。這些特征有助揭示超導(dǎo)性，以及金屬納米顆粒與光如何相互作用。

在最新研究中，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校彼得·阿巴蒙特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，首次在釕酸鍶這一超導(dǎo)晶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了“惡魔”。為做到這一點(diǎn)，他們將電子從晶體上彈開(kāi)，并以極高精度測(cè)量其獲得或損失的能量，然后利用這一微小的能量變化計(jì)算晶體內(nèi)“惡魔”的動(dòng)量，結(jié)果與派因斯的預(yù)測(cè)非常吻合。

這種“惡魔”粒子或許也能解釋超導(dǎo)性是如何產(chǎn)生的。獲得諾貝爾獎(jiǎng)的BCS 理論（以三位發(fā)現(xiàn)者名字的首字母命名）是解釋常規(guī)超導(dǎo)體超導(dǎo)性的微觀理論，其認(rèn)為電子可配對(duì)并在零電阻情況下四處移動(dòng)，這些成對(duì)電子可通過(guò)聲音準(zhǔn)粒子“聲子”相互作用。但也有人認(rèn)為，它們能通過(guò)“惡魔”粒子相互作用。阿巴蒙特表示，最新研究可能暗示了情況確實(shí)如此。

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太空中首次發(fā)現(xiàn)氨基酸重要成分碳酸 有助揭示地球生命如何形成

據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站2023 年8 月1 日?qǐng)?bào)道，西班牙科學(xué)家首次在銀河系中心附近的一團(tuán)氣體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了氨基酸的重要成分碳酸，這可能有助于揭示地球上的生命是如何形成的。

碳酸在人們的呼吸系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其將二氧化碳從血液轉(zhuǎn)移到肺部，以便呼出；也在大氣和地質(zhì)過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，有助于維持地球生命的繁衍生息。

在太空中找到碳酸可幫助解釋生命在地球上是如何形成的，但科學(xué)家們此前只在太空中發(fā)現(xiàn)了最簡(jiǎn)單的甲酸和乙酸。

在最新研究中，西班牙天體生物學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)首次在名為G+0.693-0.027 的氣體和塵埃云中發(fā)現(xiàn)了碳酸，這團(tuán)氣體和塵埃云靠近銀河系中心，距地約10萬(wàn)光年。

為找到碳酸，研究團(tuán)隊(duì)使用西班牙Yebes望遠(yuǎn)鏡和IRAM射電望遠(yuǎn)鏡，尋找來(lái)自G+0.693-0.027的光，隨后與之前實(shí)驗(yàn)室對(duì)碳酸的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

研究人員認(rèn)為，這種酸可能是在云中的冰粒內(nèi)形成的。當(dāng)這些顆粒以某種方式受到干擾時(shí)，碳酸就會(huì)以氣體的形式釋放出來(lái)。一旦進(jìn)入氣相，它就會(huì)旋轉(zhuǎn)并以精確的頻率發(fā)射光子。這使科學(xué)家們能夠收集到光譜，并將這些數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

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突破性工藝更快制造非天然氨基酸

科技日?qǐng)?bào)2023年8月2日?qǐng)?bào)道，美國(guó)匹茲堡大學(xué)科學(xué)家在最新一期《科學(xué)》雜志上，描述了一種創(chuàng)造非天然氨基酸的新方法，最新方法有望催生基于蛋白質(zhì)的療法，并將有望開(kāi)辟有機(jī)化學(xué)的新分支。

研究團(tuán)隊(duì)指出，只改變一個(gè)較大蛋白質(zhì)的一部分，就可改變它的形狀和作用。因此，非天然氨基酸有望開(kāi)辟新用途，如利用蛋白質(zhì)或其較小“表親”制成抗生素或免疫抑制劑。但在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建非天然氨基酸任務(wù)繁重且需要很多步驟，當(dāng)研究人員對(duì)分子的其余部分進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化時(shí)，必須保護(hù)相互連接形成蛋白質(zhì)鏈的氨基酸片段。

新論文描述的反應(yīng)更簡(jiǎn)單、更有效，為化學(xué)家提供了前所未有的方法來(lái)控制原子團(tuán)在最終分子中的位置。此外，最新方法還以一種不同尋常的方式使用了一種化學(xué)工具：PLP 酶。酶是催化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，可加快已知的化學(xué)過(guò)程，但與光敏分子催化劑強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，新反應(yīng)中的酶可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)不止這些。研究人員表示，對(duì)自然和化學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這都是一個(gè)全新的反應(yīng)，也是全新的轉(zhuǎn)變。

團(tuán)隊(duì)使用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)計(jì)算原子和電子層面的化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生的復(fù)雜“舞蹈”。他們深入研究了相關(guān)數(shù)據(jù)，以了解反應(yīng)是如何發(fā)生的及為什么發(fā)生，并找出了化學(xué)家看不見(jiàn)的中間步驟。

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科學(xué)家開(kāi)辟通向奇異超導(dǎo)新途徑

2023年8月9日，據(jù)最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》報(bào)道，美國(guó)埃默里大學(xué)物理學(xué)家確定了一種被稱為對(duì)密度波的振蕩超導(dǎo)電性形成機(jī)制，為人們對(duì)某些材料（包括高溫超導(dǎo)體）中出現(xiàn)的非常規(guī)高溫超導(dǎo)狀態(tài)提供了新見(jiàn)解。

研究人員表示，范霍夫奇點(diǎn)結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生超導(dǎo)的調(diào)制、振蕩狀態(tài)，新研究為理解這種行為的出現(xiàn)提供了一個(gè)新的理論框架。

1911 年，荷蘭物理學(xué)家海克·卡末林·昂內(nèi)斯首次發(fā)現(xiàn)汞的電阻在-269 ℃（比絕對(duì)零度高4 ℃）時(shí)急劇下降。汞以其超強(qiáng)的導(dǎo)電能力成為第一個(gè)超導(dǎo)體。1957 年，科學(xué)家們才對(duì)超導(dǎo)是什么及為何發(fā)生進(jìn)行了解釋，創(chuàng)立了BCS理論，表明超導(dǎo)性是電子配對(duì)的結(jié)果，這種配對(duì)方式可避免電子在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電阻。

新研究的重點(diǎn)之一是電子之間的相互作用如何導(dǎo)致了無(wú)法用BCS 理論解釋的超導(dǎo)電性形式。這種奇異現(xiàn)象的一個(gè)例子是振蕩超導(dǎo)電性，當(dāng)成對(duì)的電子以波的形式“跳舞”時(shí)，振幅就會(huì)發(fā)生變化。

研究人員調(diào)查了范霍夫奇點(diǎn)的具體性質(zhì)，范霍夫奇點(diǎn)是許多電子態(tài)在能量上變得接近的結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目揭示了范霍夫奇點(diǎn)可能具有合適的物理特性來(lái)“孕育”振蕩的超導(dǎo)電性。團(tuán)隊(duì)深入研究后發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制，可讓范霍夫奇點(diǎn)產(chǎn)生這些超導(dǎo)電性的舞動(dòng)波態(tài)。

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我國(guó)首次將AI技術(shù)規(guī)?；糜谳旊娋€路發(fā)熱檢測(cè)

記者2023 年8 月11 日從華北電力大學(xué)獲悉，由國(guó)網(wǎng)電力空間技術(shù)有限公司聯(lián)合該校等單位研發(fā)的輸電線路紅外缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)，近日在我國(guó)主要超特高壓線路運(yùn)維方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。這是國(guó)內(nèi)首次將人工智能（AI）技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用于輸電線路發(fā)熱檢測(cè)。

據(jù)介紹，迎峰度夏期間，全國(guó)氣溫不斷升高，電力負(fù)荷急劇增加。為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路缺陷隱患。然而，以往用人工智能識(shí)別紅外影像數(shù)據(jù)的流程比較復(fù)雜，且需由人工現(xiàn)場(chǎng)判別畫面中的發(fā)熱故障點(diǎn)，易受檢修人員經(jīng)驗(yàn)、注意力等因素的影響而造成遺漏；此外，紅外視頻數(shù)據(jù)量龐大，復(fù)檢工作難度極大且效率低下，易造成絕緣子掉串等危險(xiǎn)事件。而利用新研發(fā)的輸電線路紅外缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)，僅需一鍵上傳巡檢紅外視頻就能快速抽幀并智能識(shí)別發(fā)熱缺陷，可輔助線路運(yùn)維單位及時(shí)消除線路跳閘停電的隱患。

據(jù)介紹，目前該系統(tǒng)在國(guó)網(wǎng)電力空間技術(shù)有限公司部署應(yīng)用，系國(guó)內(nèi)首次將人工智能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用于輸電線路發(fā)熱檢測(cè)。以240 基桿塔的紅外視頻為例，傳統(tǒng)人工數(shù)據(jù)復(fù)核需要5 個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在采用該系統(tǒng)，從上傳視頻到完成分析只需要2個(gè)小時(shí)，且過(guò)程中無(wú)須人工干預(yù)。

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國(guó)內(nèi)最大直徑雙模盾構(gòu)機(jī)始發(fā)

記者從中鐵隧道局獲悉，2023 年8 月8 日上午，國(guó)內(nèi)最大直徑土壓/TBM（全斷面硬巖隧道掘進(jìn)）雙模盾構(gòu)機(jī)“永安號(hào)”在珠肇高鐵圭峰山隧道段順利始發(fā)，標(biāo)志著珠肇高鐵建設(shè)工程全線進(jìn)入盾構(gòu)施工階段。

珠肇高鐵連接廣東省珠海市與肇慶市，途經(jīng)江門、佛山，圭峰山隧道位于江門至珠三角樞紐機(jī)場(chǎng)段，是珠肇高鐵的全線控制性工程。

據(jù)中鐵隧道局介紹，“永安號(hào)”是為圭峰山隧道量身打造的超大直徑雙模盾構(gòu)機(jī)，開(kāi)挖直徑14.29米，約相當(dāng)于5層樓高?！坝腊蔡?hào)”承擔(dān)圭峰山隧道盾構(gòu)段3 963.5米施工任務(wù)，盾構(gòu)和TBM 兩種掘進(jìn)模式能夠快速切換，可實(shí)現(xiàn)在軟土和硬巖中的安全、高效掘進(jìn)。

“永安號(hào)”設(shè)計(jì)突出智能化施工理念，搭載了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、刀具磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、渣土體積測(cè)量系統(tǒng)等，配備土倉(cāng)可視化、油液監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警等功能。同時(shí)，該項(xiàng)目打造智慧管控中心，研發(fā)盾構(gòu)智能互聯(lián)項(xiàng)目協(xié)同管控應(yīng)用系統(tǒng)，為“永安號(hào)”雙模盾構(gòu)掘進(jìn)保駕護(hù)航。

按照中鐵隧道局施工計(jì)劃，“永安號(hào)”在圭峰山隧道2 號(hào)豎井始發(fā)后，將依次下穿廣珠鐵路、珠三角環(huán)線高速、江門城鎮(zhèn)，最終抵達(dá)2 號(hào)拆解洞，完成全部“地下之旅”，為超大直徑雙模盾構(gòu)施工提供經(jīng)驗(yàn)和樣板。珠肇高鐵建成通車后，將串聯(lián)江門站與珠三角樞紐機(jī)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)軌道與航空無(wú)縫銜接，項(xiàng)目沿線的珠三角主要城市均將實(shí)現(xiàn)1 小時(shí)通達(dá)，對(duì)珠三角地區(qū)城市發(fā)展具有重要意義。

（來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)）