中微子手机分辨率

科技信息参考2019年第4期双月刊总第74期主办单位:中国计量大学图书馆参考咨询部电话:0571-86835722电子邮箱:zixun@cjlu.
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cn科技信息参考2019年第4期目录政策与战略.
1科技强,必须应用数学强.
13位物理学家获基础物理学特别突破奖4英国立法确认在2050年实现温室气体"净零排放"5美数据科学机构推出全新数据智能生态系统平台6英国新一轮产业研发重点瞄向七大领域7美大科学工程带来的借鉴与启示.
9基础研究.
11科学家揭示光的新属性——自扭矩光线能以螺旋方式传播11英国开发出迄今最小的纳米像素.
12追寻粒子世界的"隐世高手"13《科学》:由18个原子组成的环碳问世15最轻中微子质量首次限定.
16自动化与材料.
18可遥控变形机器人刚柔并济.
18新型机械手臂助截肢者有感觉地抓起鸡蛋19美国研究员用亚麻纤维"织成"晶体管20毫米级多功能水母机器人问世.
21美科研人员开发出可远程控制的变形机器人22欧洲科学家正开发可自我修复的柔性机器人22新型反光材料让标识更智能.
23电子与信息技术.
25全新算法助机器学习抵抗干扰.
25仅三个原子厚!
最薄光学装置问世.
26新技术实现微电子器件电子结构可视化26首个硅中双原子量子比特门问世.
27碳纳米管制成的微处理器面世.
28新显微技术可实时观测材料微观结构变化29美开发高效易操作超算编程语言.
30生物医药.
32微型药物胶囊准确靶向癌细胞.
32二十秒完成低辐射全身3D医学成像33德国科学家研发新验血方式可预测健康风险34"最强蛛丝"超凡韧性基因找到.
35超敏感传感可广泛应用于生物医学.
36科技信息参考2019年第4期政策与战略科技强,必须应用数学强作者:汤涛文章来源:科技日报发布时间:2019-7-17冯·诺依曼维纳1科技信息参考2019年第4期2016年6月,华为宣布在法国建立第二个数学研究所.
图片均来自网络科技创新世界潮⑩100年前,美国的数学研究刚刚起步,相比于当时的数学强国德国、英国、法国,美国绝对属于数学弱国;比起当时的波兰、匈牙利等国家,美国也不占优势.
我们先看看美国如何在半个多世纪里一跃成为数学超级大国.
二战展示了数学力量二战促使美国政府将数学与科学技术、军事目标空前紧密地结合起来,开辟了美国数学发展的新时代.
1942年,美国国家防卫科学委员会下设了应用数学组,帮助解决战争中日益增多的数学问题,到战争结束时共完成了200多项重大研究,包括空气动力学、水下爆破、喷气火箭、中心火力系统等项目.
但推动美国数学研究最大的动力还是原子弹研制.
二战时期著名的"曼哈顿计划"使众多数学家大放异彩,最著名的要数冯·诺依曼.
二战以前,冯·诺依曼主要研究基础数学,二战后他应美国国防部之邀,参与了曼哈顿计划.
为了使核武器数值模拟更有效,他发明了蒙特卡罗方法这一经典计算方法,至今仍在众多科学领域广泛应用.
原子弹不能通过试错的办法来制造,每个设计方案都必须有理论上的测试.
冯·诺依曼意识到解决连续问题的唯一途径就是离散方程并求出数值解,这就诞生了现代计算数学这门学科.
研究核武器时,冯·诺依曼认识到大型计算的重要性,这就促使他1945年发表了计算机史上著名的"101页报告",确定用二进制替代十进制运算,并将计算机分成五大组件,为计算机的逻辑结构设计奠定了基础.
他因此被公认为"计算机之父".
冯·诺依曼1944年出版的《博弈论和经济行为》是数理经济学的奠基性著作,并在选择原子弹轰炸地点方案上发挥作用.
他因此又被后人称为"博弈论之父".
同样在二战时,维纳研究枪炮控制,引发了他对通讯理论和反馈的兴趣.
1948年,维纳出版了《控制论》一书,奠定了现代控制论的基础.
这个时期香农加入贝尔实验室,研究火力控制系统和密码学,相关课题直属国防研究委员会.
1948年,香农发表了划时代的论文《通信的数学原理》,奠定了现代信息论的基础.
2科技信息参考2019年第4期总之,二战丰富了美国的数学,赋予它全新的活力,产生了计算机、控制论、信息论、计算数学、博弈论等具有强大生命力的数学分支.
应用赋予了数学活力正是由于冯·诺依曼、维纳、香农等应用数学家的出现,带动了美国多元的、创新的数学发展.
1950年代,冯·诺依曼帮助IBM第二任掌门人小沃森完成了第一套存储程序计算机701的开发,开启了美国称霸电子信息技术的辉煌.
之后40年,美国数学家对计算机科学的发展起到了关键的作用,前30年的图灵奖得主近一半拥有数学博士学位.
冯·诺依曼开辟的计算数学研究在过去的几十年如火如荼.
美国数学家参与了有限元法、谱方法、矩阵特征值算法、快速傅立叶变换等重大算法的研发.
没有快速傅里叶变换就没有当今的互联网;而谷歌的核心技术就是依赖于大型矩阵特征值的快速算法.
维纳创建的现代控制理论启发和影响了诸如人工智能、认知科学、环境科学、现代经济理论等多个领域.
如今,控制论衍生出来的基因工程、机器人、传感器等技术的突破正深刻地改变着人们的生活.
香农的《通信的数学原理》发表至今70年了,通过不断提高信噪比、增加带宽,移动通信技术大约每10年就发生一场剧变.
发展到今天,5G成了大国角力的一大焦点.
在2016年底的5G标准投票中,华为推崇的是极化码,美国高通公司推出的是LDPC码.
有意思的是,后者是香农的弟子加拉格提出的,而极化码的设计者正是加拉格的学生——土耳其数学家埃达尔·阿勒坎.
在过去半个世纪,社会发展的需求也是美国数学突飞猛进的主因.
航空路径优化加速了运筹学的发展;保险业的兴起加大了精算的需求;制药公司的崛起带动了生物统计的发展;金融市场的壮大促进了金融数学的发展.
很多企业为了提高效益,不断从数学中吸取能量.
据2019年4月的一个统计,对数学毕业生需求最大的美国前六大企业是州立农业保险公司、高通、波音、谷歌、英特尔、爱德华·琼斯投资.
科技需应用数学支撑和上述美国公司不一样的是,我国可能仅有华为是崇尚数学之美、享受数学福利的企业.
20多年来,华为和中、俄、法、土耳其数学家紧密合作,走完了从2G到5G的光辉历程.
任正非先生指出:"其实我们真正的突破是数学,手机、系统设备是以数学为中心.
"华为这样的科技公司,不仅要有一个、两个,还要有很多,中国才可以变成世界科技大国.
100年前,数学还集中在证明定理、攻克猜想的"田径"时代,但近代应用数学,包括计算数学、金融数学、数据科学、系统科学,已让数学进入了"大球"时代.
大球实力是体现一个国家现代体育水平的主要标志.
3科技信息参考2019年第4期近年来,伊朗、越南、澳大利亚都得到了菲尔兹奖,拥有了攻克"猜想"的数学家,但由于没有应用数学作为支撑,这些数学成就对其国家整体科技水平的发展并没有产生太大贡献.
中国现在是经济大国,在强调基础研究的同时,还要借鉴美国的经验,充分发挥应用数学的引领作用.
3位物理学家获基础物理学特别突破奖作者:晋楠文章来源:中国科学报发布时间:2019-8-8PetervanNieuwenhuizen、SergioFerrara和DanFreedman(从左至右)超引力理论是一个试图统一所有自然力的理论,在被提出40多年后,它是否能真实描述这个世界仍然悬而未决.
尽管如此,该理论的3位创始人仍获得了科学领域奖金最丰厚的奖项之一:基础物理学领域300万美元的特殊突破奖.
1976年,瑞士日内瓦附近欧洲粒子物理实验室(CERN)的粒子物理学家SergioFerrara、美国麻省理工学院的DanFreedman和纽约石溪大学的PetervanNieuwenhuizen提出了超引力.
评选委员会选择把奖项授予这一理论,一部分原因是它对普通引力的理解产生了影响.
超引力还支撑了物理学家青睐的另一个候选理论,有着"万用理论"之称的弦理论.
该理论主张,基本粒子是由微小的能量线程构成,但这一点尚未得到证实.
4科技信息参考2019年第4期"在过去40年里,超引力在物理学发展中发挥了超乎寻常的重要作用,在我们探索自然之外可能存在的物质的过程中也是如此.
"马萨诸塞州哈佛大学弦理论学家、该奖项评审委员会成员AndrewStrominger说.
硅谷投资人尤里·米尔纳在2012年设立了"突破奖",目前该奖项的资助者包括谷歌联合创始人谢尔盖·布林和脸谱网总裁马克·扎克伯格,每年年底都会颁发科学和数学领域的奖项.
评选委员会(从以前的突破奖得主中挑选)可以颁发特别的奖项表彰特别杰出的工作.
例如,2013年,斯蒂芬·霍金就因提出关于黑洞的理论(同样还未经实验验证)而获得突破奖,该理论认为黑洞会释放辐射.
20世纪70年代初,物理学家建立了粒子物理学的标准模型,在自然界的四种基本作用力中,有三种与它们自己的粒子有关:电磁力由光的粒子即光子携带;结合原子核的强力是由胶子介导的;而支配放射性衰变的弱力与"W"和"Z"粒子有关.
所有这些粒子都是通过实验观测到的.
但第四种基本力引力,则并不适用于这一模型.
超引力是一种早期尝试,结合了粒子物理学与爱因斯坦的引力理论广义相对论.
英国立法确认在2050年实现温室气体"净零排放"作者:王慧慧来源:中国科学报发布时间:2019-7-1据新华社电英国新修订的《气候变化法案》近日生效,正式确立英国到2050年实现温室气体"净零排放"的目标.
英国由此成为世界主要经济体中率先以法律形式确立这一目标的国家.
英国在2008年通过《气候变化法案》,法案确立的远期目标是到2050年将碳排放量在1990年的水平上降低至少80%.
今年5月,负责制定减排方案并监督实施的"气候变化委员会"建议,将此目标修改为"净零排放",即通过植树造林、碳捕捉等方式抵消碳排放.
英国负责能源与清洁发展事务的官员克里斯·斯基德莫尔在一份声明中说,英国是工业革命的发源地,工业革命曾经带动全球经济增长,但同时也增加了排放量.
如今,英国成为第一个以法律形式确立到2050年实现"净零排放"的主要经济体,将清洁发展置于现代工业战略的核心.
5科技信息参考2019年第4期当天,塔塔化工欧洲公司宣布,将建设英国迄今最大的碳捕捉项目,预计2021年在位于英格兰西北部的柴郡投入运营,每年从大气中移除4万吨二氧化碳.
这一项目得到英国政府资金支持.
英国政府希望,随着成本的下降,碳捕捉技术能够在本世纪30年代大规模应用.
美数据科学机构推出全新数据智能生态系统平台作者:谭晶晶文章来源:新华社发布时间:2019-8-21美国数据科学领域知名的全球研究方法和数据科学协会21日正式推出一款全新数据智能生态系统平台,旨在提高数据科学项目的成功率,帮助企业及各行业数据科学家更好地学习和应用大数据及人工智能技术.
记者从美国加州理工学院举行的发布会上了解到,这一平台是利用该协会原创的数据研究模式,即模型、预估、测评和解释/执行4个数据分析步骤,结合一些数据分析的核心技术,来应对当前数据科学领域的问题和挑战.
据介绍,这一平台不仅致力于服务全球数据科研群体,提高数据科学项目的成功率,同时为提升公众应用人工智能技术的能力提供了途径,比如应对极端气候、防范自然灾害等.
此外,该协会首创的"影响力积分"将评估和量化研究人员和企业在数据科学项目实施方面的能力和成效,致力于引领和推动数据科学为社会发展做贡献.
平台创始人、美国国际商用机器公司首席数据科学家刘永川告诉新华社记者,数据科学作为一个新兴领域正在迅速发展,大数据分析的运用遍布很多行业.
但大数据分析项目中会遇到各种各样的阻碍,比如数据采集、清理、分析应用等.
数据科学的科研项目也有很高的失败率.
大致原因可以归结为数据不足、数据科学人才的缺乏以及数据科学家、产业专家的协作有待改进等.
他表示,这一数据智能生态系统平台致力于帮助解决这些问题,提高数据科学项目的成功率.
总部位于美国洛杉矶的全球研究方法和数据科学协会及其实验室,致力于改进传统的数据科学分析方法,引领数据科学和机器学习技术创新发展.
该机构与加州6科技信息参考2019年第4期理工学院、美国航天局下属喷气推进实验室等机构保持密切合作,在大数据分析、人工智能技术应用等方面发挥重要引领作用.
英国新一轮产业研发重点瞄向七大领域作者:田学科文章来源:科技日报发布时间:2019-7-26图片来源网络科技创新世界潮为应对当前和未来产业与社会发展面临的挑战,英国政府主管部门日前确定了新一轮产业研发重点,疾病早期发现和预防等七大领域榜上有名,政府将通过"产业战略挑战基金"等对这些重大行业领域的技术研发和产业发展进行强力资助.
加速发现疾病7科技信息参考2019年第4期该项目不仅会得到政府投资7900万英镑,而且预计还将得到企业和慈善机构的联合投资约1.
6亿英镑.
该项目将支持癌症、痴呆和心脏病等疾病的研究、早期诊断、预防和治疗.
该项目将招募500多万名健康人士作为志愿者,这些志愿者的数据将帮助英国科学家和研究人员发现新的方法来检测和预防疾病.
设计数字安全政府对该项目的研发投入为7000万英镑,而私人企业的配套投资预计超过1.
17亿英镑,用于新技术的研发与成果应用.
该项目的研发范围从能够应对网络攻击的新型安全硬件原型,到不受网络新漏洞影响的软件,确保机构和消费者的网络安全,尽可能地抵御网络威胁.
推动电力革命该项目获得的政府投资为8000万英镑,主要用于支持开发下一代电动汽车,预计还将获得私人企业高达1.
54亿英镑的支持.
该项目的实施,将有助于确保英国能够向国内外市场供应更多节能减排新产品,帮助减少交通、能源、农业和建筑等一系列行业的碳排放.
增强英国提供下一代电动汽车、混合动力飞机和智能电网的能力,确保这些行业,无论大小,都扎根于英国,并吸引更多外资进入英国制造业.
工业脱碳政府承诺投入1.
7亿英镑,用于在产业集群中部署碳捕捉和氢网络等技术,以帮助实现到2040年建立全球首个零排放产业群的目标.
此外,产业界还将对东北、西北、南威尔士和苏格兰等重工业中心地区的钢铁、化工和炼油厂等使用新技术投资2.
61亿英镑,以减少排放.
制造业智能化政府为希望采用最新数字技术的制造商准备的研发资金为3000万英镑,制造商们将通过7月24日开幕的比赛来确定获得多少资助.
此次比赛旨在通过鼓励工业数字技术的发展和整合,支持英国制造业的转型.
政府希望通过鼓励在更广泛领域采用数字技术来提高英国生产力,以应对智能制造带来的挑战.
低成本核能英国政府将投入1800万英镑的资金,用于建造比传统核电站更小、成本更低的创新型微型核电站.
由劳斯莱斯公司牵头的一个财团提出了一项超过5亿英镑的重大联合投资,重点是设计出一种全新概念的小型模块化反应堆(SMR).
智能可回收塑料包装项目的目标是寻找减少供应链浪费的方法,开发新的商业模式,创造新的可回收材料,并帮助打击一次性塑料的全球使用.
政府对该项目的总投资为6000万英镑,而来自企业的联合投资将高达1.
49亿英镑.
8科技信息参考2019年第4期除此之外,英国政府在上个月还确定了对量子技术及其产业发展的投资计划,政府通过"产业战略挑战基金"为其安排的总投资高达1.
53亿英镑,另外,预计还将有超过2亿英镑的投资来自私营部门.
美大科学工程带来的借鉴与启示作者:胡定坤文章来源:科技日报发布时间:2019-7-23从1942到1972短短30年间,美国开展了举世闻名的"曼哈顿工程"与"阿波罗计划"两大国家级大科学工程.
曼哈顿工程历时3年,工作人员超过15万,总投资25亿美元,最终使原子弹由假想成为现实;阿波罗计划历时12年,高峰时有30万人参加,耗资超过250亿美元,最终将人类送上了月球.
可以说,正是这两大工程铸就了美国全球科技强国的地位.
当前,5G、人工智能、量子技术等多学科交融发展,第四次科技革命呼之欲出.
实施大科学工程依然是一个国家推动科技发展的有效手段和综合国力的象征之一.
回望历史,"曼哈顿"和"阿波罗"对未来大科学工程的实施有哪些借鉴与启示目标瞄准战略新兴领域大科学工程应瞄准具有战略作用却尚不成熟的新兴科技领域,以大量资金、人才投入和大规模科研设施建设新兴体系争取跨越式发展.
1942年曼哈顿工程启动时,原子能还是一个局限于实验室的新名词,纳粹德国正在发展核武器,美国急于掌握这一"杀手锏".
1960年阿波罗计划开启时,美苏都刚刚具备将航天员送入太空的能力,美国的航天技术相对落后,航天工业基础相对薄弱,开展国家级航天工程奋起直追是必然选择.
美国先是通过曼哈顿工程在全球率先拥有核武器,并建立起以洛斯阿拉莫斯、橡树岭等国家实验室为核心的核工业体系;再借助阿波罗计划建立或扶植起包括马歇尔空间飞行中心、肯尼迪航天中心等政府科研机构,格鲁曼、洛克希德等大型航天企业,以及麻省理工、斯坦福等航天强校在内的航天工业体系,一举奠定其在这两个新兴科技领域的全球领先地位.
决策执行奉行科学精神大科学工程的决策实施既要勇于探索,更要有科学精神.
9科技信息参考2019年第4期1961年5月25日,在美国首次载人航天任务仅仅成功20天后,时任总统肯尼迪就宣布阿波罗计划要在10年内将人类送上月球.
这一要求看起来过于超前、政治意味浓厚,但事实上,冯·布劳恩等航天专家早在1958年就已论证过在20世纪60年代实现载人登月的可行性.
曼哈顿工程则更不必说,完全是由爱因斯坦等科学家上书罗斯福建议开始的.
美国政府拍板"曼哈顿"和"阿波罗"都是基于科学的政治决策.
在实施过程中,曼哈顿工程由顶尖物理学家奥本海默担任首席科学家,全权负责研发工作,真正是"内行人管理内行人",美国政府和军方承担的主要工作是配合、协调和服务.
阿波罗计划则由美国国家航空航天局(NASA)成立多个专家小组并联合国防部,以系统评估各机构提出的登月方案,最终否决了得到布劳恩支持、更有权威性的"地球轨道交会"路线,选择了难度更低的"月球轨道交会"技术,大大加速了载人登月进程.
应持续发展而非虎头蛇尾大科学工程应可持续发展而非虎头蛇尾.
1969年完成载人登月后,NASA仍然坚持平均6个月开展一次"阿波罗"探测任务,最终因发射成本过高导致预算掣肘无法维系.
1972年,随着"阿波罗17号"归来,"阿波罗"计划正式退出历史舞台.
此后,"研制不易"的"土星5号"运载火箭仅发射一次就"轻易退役",著名的"鹰"式登月舱再也没有造访过月球表面.
虽然阿波罗计划已经极大地推动了美国科技的飞跃式发展,但其谢幕依旧令人惋惜.
假如NASA能够适时规划更科学的探测方案,适当放缓脚步、推动技术改进、谋求降低成本、追求可持续探月,或许阿波罗计划将辉煌继续而非提前终结,其技术能够得到更好的继承发展,人类早已实现在月球空间的长期驻留,美国的载人登月也就无需"重打锣鼓另开张".
10科技信息参考2019年第4期基础研究科学家揭示光的新属性——自扭矩光线能以螺旋方式传播作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2019-7-2图片来源:《科学》网站据物理学家组织网近日报道,由来自西班牙和美国的科学家组成的国际科研团队宣布,他们发现了光的一种新特性——自扭矩,这种特性以前未被任何人预测过.
发表于《科学》杂志的这项最新研究将催生能操控极微小材料的新设备.
光拥有的一些众所周知的特性,如波长、自旋等.
同时,光也可以扭曲,这种属性被称为角动量.
科学家们认为,拥有高度结构化角动量的光束具有轨道角动量(OAM),他们将这种光束称为涡旋光束.
涡旋光束看起来就像一个围绕共同中心旋转的螺旋,当11科技信息参考2019年第4期其撞击一个平坦表面时,它们看起来像甜甜圈那样的圆环.
在新研究中,研究人员用具有轨道角动量的光束进行实验,因为他们发现,这种光的行为方式前所未有.
他们首先朝氩气云发射两束激光,这样做迫使光束重叠,它们连接起来并作为单个光束从氩气云的另一侧释放出来,结果形成了一种涡旋光束.
研究人员想弄清,如果激光拥有不同轨道角动量且它们稍微不同步时会发生什么.
实验最终产生了一束看起来像开瓶器、且扭曲情况逐渐变化的光束.
当这束光撞到一个平坦表面时,它看起来像一轮新月.
研究人员指出,从另一个角度来看,光束前面的单个光子围绕其中心轨道运行的速度比其后面的光子慢,他们将新属性称为自扭矩.
这一属性此前从未被人预测过.
研究人员认为,使用他们的技术应该可以调制光的轨道角动量,其调制方式与通信设备中调制频率的方式非常相似,这有望催生能操纵极微小材料的新型设备.
英国开发出迄今最小的纳米像素作者:周舟文章来源:新华社发布时间:2019-5-10英国研究人员10日在美国《科学进展》杂志上发表论文说,他们开发出迄今最小的像素,它的尺度以纳米计算,只有目前智能手机像素的百万分之一大小,有望用于制造柔性显示屏等.
英国剑桥大学研究人员报告说,这种像素的中心是只有几个纳米大小的金粒子,它的外面包裹着聚苯胺分子涂层.
如果外界施加的电流发生变化,这种像素就会改变颜色.
研究人员说,这是目前已知最小的像素,由此组成的屏幕所展示的颜色在阳光下可被看见,且无需持续通电来保持屏幕色彩.
人们可使用气溶胶喷涂方法,在柔性塑料薄膜上大规模生产这种屏幕,从而降低成本.
这种纳米像素可有许多用途.
比如人们一直希望能有覆盖于大型物体上,能像章鱼皮肤一样变色和融入自然背景的屏幕,但过去的尝试都受制于能耗和造价等问题,新型纳米像素屏幕可能提供解决方案.
它还可用于制造迷彩服装和伪装涂层,以及物联网设备的微型显示器等.
12科技信息参考2019年第4期追寻粒子世界的"隐世高手"作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2019-8-27江门中微子探测器示意图:球形的中微子探测器置于水池中心,上下与四周均被2米以上的水包围以屏蔽本底,在水池顶部采用径迹探测器作为反符合探测器,钢网架上安放光电倍增管以探测中微子.
图片来源:江门中微子实验官网轻如尘、快似光,能够轻易穿越各种物体,还能时不时"变身"——中微子无疑是基本粒子世界里的"隐世高手";此外,它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密.
正因如此,任何关于它们的线索都可谓价值连城.
据日本媒体近日报道,日本文部科学省将建设探测中微子的下一代"顶级神冈"(Hyper-K)探测器,计划于2025年后投入使用,旨在揭示宇宙起源和物质诞生等谜团.
中国科学院高能物理学家曹俊研究员对科技日报记者说:"中微子探测器需要一个极干净的环境:需要放在很深的地下,用岩石阻挡宇宙射线;需要泡在水中,用水来阻挡来自岩石、空气等的天然放射性.
"他介绍,除了"顶级神冈",中国江门中微子实验(JUNO)装置以及美国"深部地下中微子实验"(DUNE)设施也分13科技信息参考2019年第4期别将于2022年和2026年"上岗",这三大中微子实验,有望为我们揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的"神秘面纱".
江门中微子实验装置迄今,人类研究中微子已经超过半个世纪,但对其性质至今仍然没有详细的了解,甚至连它的确切质量也不清楚.
为此,科学家们新建了一些实验装置,希望"掀起它的盖头来".
打头阵的将是位于广东的正在建设的江门中微子实验装置,它是中国前所未有的最复杂高能物理实验装置,与目前最好的国际同类装置相比,它的规模大20倍,精度提高近一倍.
据曹俊介绍,江门中微子实验装置2015年开始建设,计划2021年底完成探测器建造.
该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套设施.
会发出闪光的液体是探测中微子的介质.
当大量中微子穿过探测器时,偶尔会在探测器内发生反应,发出极其微弱的闪光,从而被光电倍增管捕捉到.
曹俊表示:"江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数,同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等.
测定中微子质量顺序,不仅有助理解微观的粒子物理规律,也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学作出重大贡献.
""深部地下中微子实验"据美国趣味科学网站近日报道,设在美国的"深部地下中微子实验"由两部分组成,一部分位于费米实验室,包括一个巨大的中微子枪,其会将质子加速到接近光速,使其粉碎,在终端每秒射出数万亿个中微子.
这些中微子将从费米实验室出发,沿直线前进,直到它们撞上第二部分——约1300公里外、位于地下深处约1600米的桑福德地下研究设施,此处的探测器里约装有4万吨液态氩.
据悉,DUNE能够更好地描述中微子振荡的特性,还能探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子等.
DUNE设施被认为是美国未来几十年的"旗舰实验室",来自多个国家的专家将对实验室获得的数据进行分析,进一步了解中微子的"性格".
"顶级神冈"探测器日本文部科学省8月21日确定了在岐阜县飞騨市建设下一代中微子探测器——"顶级神冈"探测器的计划,这一探测器是日本现有"超级神冈"探测器的后继设施.
14科技信息参考2019年第4期"超级神冈"位于一座山下1000米深处,其光传感器浸没于5万吨纯水中.
1998年,"超级神冈"提供了首个确凿证据,证明中微子和反中微子可以在3种类型之间振荡,项目负责人梶田隆章因此荣膺2015年诺贝尔物理学奖.
而"顶级神冈"探测器将建于地下约650米处,主体设施为直径74米、高约60米的圆柱状水槽,规模是"超级神冈"的5倍以上.
水池壁上设置约4万个传感器,捕捉太空飞来的中微子在水中发生反应后发出的微弱闪光.
"顶级神冈"将在2025年左右开始寻找自然界(比如核聚变和超新星)产生的中微子.
由于设施巨大、传感器性能高,"顶级神冈"不仅在探测超新星方面更高效,也有望揭示为什么宇宙主要由物质而非反物质构成.
理论学家称,理解这一点的关键是测量中微子和反中微子之间的不对称性,特别是两者在不同类型之间振荡的速度差异.
"超级神冈"已看到相关线索,"顶级神冈"应能进行更精确测量.
希望即将上岗的这三大"剑客"能让中微子的"身世秘密"大白于天下.
或许在此过程中,会涌现多个诺贝尔奖获得者,谁知道呢《科学》:由18个原子组成的环碳问世作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2019-8-21碳家族再添新成员!
据英国《科学新闻》双周刊网站近日报道,科学家创造了一种名为环碳(cyclocarbon)的分子,并对其结构进行了成像:该分子是由18个碳原子组成的环.
研究成果发表于《科学》杂志.
碳可谓自然界中最"多才多艺"的元素之一,有多种用途和形式的碳,包括钻石、石墨、石墨烯、巴基球、碳纳米管等.
化学家认为,应该有可能制造出环状的碳分子,但迄今为止,没有人做到这一点.
为此,IBM苏黎世研究实验室物理学家凯瑟琳娜·凯撒和同事们从氧化环碳分子着手.
在氧化环碳分子内,碳原子排列成环,原子上附着着一氧化碳基团.
这些基团有助于分子保持稳定,因此,去除一氧化碳创造环碳并非易事.
利用原子力显15科技信息参考2019年第4期微镜,研究人员通过对分子施加电压,成功去除了一氧化碳,得到了一个裸露的碳环.
随后,他们用显微镜对其进行成像.
环碳很容易与其他物质反应,为了将其隔离,他们在食盐的惰性表面制造出了环碳.
之前的研究已经发现了气体中存在环碳分子的迹象,但无法给这种分子成像并确定其结构,而且,科学家们也不清楚每个原子之间的键究竟是什么样.
新研究解决了这一争论:环碳原子由单键和三键交替连接在一起形成.
这将有助科学家改进用于预测未知分子结构的复杂计算机计算.
并未参与这项研究的加州大学洛杉矶分校化学家伊夫·鲁宾说:"这些计算结果是否正确仍然是个大问题,所以通过实验来证实这一点非常重要.
"根据以往经验,新形式的碳总会给人带来惊喜.
巴基球、富勒烯分子家族以及2004年石墨烯的"横空出世",都使研制者荣膺诺贝尔奖.
但由于环碳不稳定,它不能被封存起来进行进一步研究,因此,目前还不清楚这种新分子会有多大潜力.
最轻中微子质量首次限定作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2019-8-26据美国趣味科学网站近日报道,英国科学家使用与整个宇宙结构有关的数据,限定了宇宙间最小、最难研究的组成部分之一——中微子家族中最轻成员的质量:不超过0.
086电子伏特,约为单个电子质量的600万分之一.
中微子无处不在,但由于它们几乎不与普通物质发生反应,所以被称为"幽灵粒子",很难被探测到.
尽管经过50多年追寻,科学家仍对它们所知甚少,甚至不知道它们的质量.
但科学家们知道,中微子的行为会改变整个星系和其他巨大天体结构的行为.
在即将发表于《物理评论快报》杂志上的一篇论文中,研究人员基于此,从对宇宙大尺度结构的精确测量中,反算出了最轻中微子的质量(有3种中微子质量).
他们从重子振荡光谱巡天调查中获取了约110万个星系的运动数据,结合其他宇宙学信息和地球上中微子实验获得的结果,将所有这些信息输入一台超级计算机.
16科技信息参考2019年第4期论文合著者、伦敦大学学院天体物理学博士生安德烈·库丘说:"超级计算机耗时50多万小时来处理数据,这个项目突破了宇宙学大数据分析的极限.
"该研究并没有为最轻中微子的质量提供固定数值,但它缩小了范围:不超过0.
086电子伏特,约为单个电子质量的600万分之一.
据以往实验所知,3种中微子中至少有两种有质量,且它们的质量之间存在着某种关系.
最新研究还为3种中微子的混合质量设定了上限:0.
26电子伏特.
研究指出,物理学家可能永远无法精确地确定这3种中微子的质量,但他们可以不断接近.
随着地球上的实验和太空测量的改进,中微子的质量范围将不断缩小,从而更好地解释整个宇宙是如何组合在一起的.
17科技信息参考2019年第4期自动化与材料可遥控变形机器人刚柔并济作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-8-6研究人员让变形机器人折叠成一朵"花","花瓣"甚至可向不同的方向弯曲.
图片来源:北卡罗来纳州立大学最新一期美国《科学进展》杂志发表了一项工程学研究:美国一个联合研究团队报告称,他们成功开发出一种可远程控制的变形机器人,材料能够由"刚"到"柔",按照人类的想法改变形状,最后还能以新的形状再恢复"刚"性.
这一特殊的机器人未来有望在生物医学和航天领域得到应用.
这种奇特的机器人由美国北卡罗来纳州立大学和埃隆大学的研究人员联合研发,机器人由嵌有磁铁微粒的聚合物构成,可受外部的光和磁场控制.
在正常条件下,这种材料表现出的特性是相对刚性的,但只要通过发光二极管加热,材料就会变得很柔软,此时再利用磁场进行远程控制,就可以按需要改变机器人的形状.
而一旦停止加热后,机器人的材料会恢复刚性,且固定成为新的形状.
在实验测试中,研究人员让这种机器人"变形",制成用于提起和转运物体的"抓手",也制成了悬臂.
同时,研究人员还展示了如何将这种机器人折叠成一朵"花","花瓣"甚至可向不同的方向弯曲.
研究团队开发了一个设计软件,用于控制和调整机器人的形状、材料厚度以及磁场强度和方向等.
18科技信息参考2019年第4期变形机器人凭借多样的功能性和强大的适应性,在众多领域中都将有重要应用价值.
美国北卡罗来纳州立大学材料科学和工程学教授、论文通讯作者乔·特拉西说,新研发的这种机器人不但可以远程控制运动,也能使其变化为特定形状,最后还能使其恢复原状,可反复进行操作.
这一特点未来有望在生物医学和航天领域发挥巨大潜力.
总编辑圈点前几年,中国科学家开发出的可变形的液体金属,曾让世人啧啧称奇,呼为"终结者".
现在,又来了刚柔并济的"变形金刚".
材料领域的潜力远超出我们的预计.
今后的机械、自动化等工程领域很可能会被新的可塑材料改变,科学家还将摸索出更多路径.
新型机械手臂助截肢者有感觉地抓起鸡蛋作者:周舟文章来源:新华社发布时间:2019-7-25华盛顿7月24日电(记者)美国犹他大学等机构科研人员开发出一种新型机械手臂,截肢者使用这种机械手臂能感觉到物体的软硬,可精准地抓起鸡蛋或葡萄而不会导致其破碎.
发表在新一期美国《科学·机器人学》杂志上的论文显示,这种机械手臂由金属马达和硅材料"皮肤"等组成,由外部电池提供动力.
它含有100个微电极,通过导线与截肢者残存手臂上的神经系统相连,同时也通过导线与外部计算机连接.
截肢者使用这种机械手臂时,大脑发出指挥机械手臂运动的神经信号,与神经系统相连的导线将信号传递给计算机,计算机将其转译为数字信号,机械手臂随之运动.
机械手臂的手指上装有传感器,可以"感觉"触碰物体时受到的压力,相关信号会被传递回大脑.
研究人员建立了一套模拟人类手臂神经系统传递感觉等信号的计算模型,使得截肢者在使用这种机械手臂时,大脑能清楚地收到机械手指的"感觉",并随之发出指令.
一名参与测试的截肢者在戴上这种机械手臂后,在不破坏目标的前提下成功完成了抓鸡蛋、摘葡萄等任务.
19科技信息参考2019年第4期领导这项研究的犹他大学生物医药工程专业副教授格雷戈里·克拉克说,目前这种机械手臂应用于肘关节以下截肢者,他认为这套系统将来也可用于肘关节以上截肢者.
研究团队还在尝试让这种机械手臂通过无线信号连接到计算机,这样能给使用者更大的活动自由.
美国研究员用亚麻纤维"织成"晶体管作者:冯卫东文章来源:科技日报发布时间:2019-8-10美国塔夫茨大学官网近日发布公告称,该校研究人员开发出一种由亚麻纤维制成的晶体管,利用这些晶体管制成的全柔性电子器件可编织成织物佩戴在皮肤上,甚至(理论上)可通过外科手术植入体内进行诊断监测.
相关成果发表于《美国化学会—应用材料与界面》杂志.
研究人员表示,新设计的晶体管可制成简单的、基于纤维的逻辑电路和集成电路.
这些电路将取代目前众多柔性电子器件中最后剩余的刚性组件,与基于纤维的传感器结合使用,可创建出全柔性多路复用设备.
这种全柔性电子器件可实现适应不同形状的各种应用,并允许自由移动而不影响功能.
目前大多数柔性电子器件通过将金属和半导体图案化为可弯曲的"波浪"结构或使用导电聚合物等自柔性材料来实现灵活性,以与嵌入它们的生物组织(皮肤、心脏甚至脑组织)相适应.
实验中,研究人员利用基于纤维的晶体管创建了一个简单的小型集成电路,并将其连接到基于纤维的传感器阵列,监测了多个部位的钠和铵离子(心血管健康、肝脏和肾脏功能的重要生物标志物)浓度变化.
本研究中的一项重要创新是使用注入电解质的凝胶作为纤维周围的材料并连接到栅极线.
凝胶由二氧化硅纳米粒子组成,其可自组装成网络结构.
电解质凝胶可通过浸渍涂布或快速擦拭轻松地沉积在纤维上.
与用作经典晶体管中栅极材料的固态氧化物或聚合物相比,电解质凝胶在拉伸或弯曲下具有弹性.
研究人员表示,与基于聚合物和其他柔性材料的电子产品相比,基于纤维的电子产品具有出色的灵活性、材料多样性以及无需洁净室即可生产的能力.
未来,基20科技信息参考2019年第4期于纤维的电子诊断器件可做到非常薄、柔软和柔韧,足以与其测量的生物组织无缝集成,从而使病人几乎注意不到.
毫米级多功能水母机器人问世作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-7-2据英国《自然·通讯》杂志2日发表的一项工程学最新研究,德国科学家团队报告了一种以钵水母碟状幼体为灵感的无缆软体机器人,它仅有几毫米大小,却具备运输和钻挖等多种功能.
研究表明,该机器人能够操控其周围的水流动,完成一系列任务.
游泳机器人具有生物医学和环境应用方面的潜力,而小型的游泳机器人,更是可以到达许多人类及常规器械无法触及的位置.
虽然目前已问世的机器人中,也有能够游泳的微型机器人,但是随着机器人尺寸的不断下降,诸如复杂物体操控等高级功能仍是一项不小的挑战,因为这种机器人可以搭载的组件大小是受限的,导致其应用也有限.
此次,德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家迈庭·斯蒂及其同事,设计并制造了一种仅有几毫米大小的机器人,他们将一个磁性复合弹性体核(直径3毫米)与8个可弯曲的垂瓣连接在一起,施加振荡磁场后,这些垂瓣便会收缩再恢复,就像游泳的水母一样.
除了游泳,新研发的水母样机器人也能选择性地运输不同大小的球珠(模拟捕食)、钻入球珠中逃避捕食者或目标对象、混合不同的流体以及在其尾迹中生成一条化学路径.
未来此类机器人可广泛运用于救援、海上运输、水质监测、水下勘探等,而在通过现代工程技术制备微生物菌体的过程中,以及医疗健康领域的靶向药物递送或微创手术中,尺寸更小的游泳机器人将发挥巨大价值.
同时,研究人员认为这种机器人对生物领域也有一定帮助——其可用作模型系统,帮助理解环境中的变化如何影响水母碟状幼体的生存.
21科技信息参考2019年第4期美科研人员开发出可远程控制的变形机器人作者:周舟文章来源:新华社发布时间:2019-8-3美国《科学进展》杂志发表的一项最新研究显示,美国科研人员开发出一种可远程控制的变形机器人,未来有望在生物医学和航天领域得到应用.
这种机器人由嵌有磁铁微粒的聚合物构成,可受外部的光和磁场控制.
在正常条件下,这种材料是相对刚性的,但通过发光二极管加热,材料会变得柔软,再通过磁场远程控制,可改变机器人的形状,而停止加热后,机器人会恢复刚性,固定为新的形状.
在测试中,美国北卡罗来纳州立大学和埃隆大学的研究人员将这种机器人制成用于提起和转运物体的"抓手",也制成了悬臂.
研究人员还将这种机器人折叠成了"花",花瓣可以向不同的方向弯曲.
研究人员开发了一个设计软件,用于调整机器人形状、材料厚度以及磁场强度和方向等.
论文通讯作者、美国北卡罗来纳州立大学材料科学和工程学教授乔·特拉西说,可以远程控制机器人运动,并使其变化为特定形状,还能使其恢复原状并反复操作.
这项技术未来有望在生物医学和航天领域得到应用.
欧洲科学家正开发可自我修复的柔性机器人作者:张家伟文章来源:新华网发布时间:2019-8-10英国剑桥大学日前宣布,该校研究人员正在与欧洲团队合作研发一种新型柔性机器人,无须人类帮助就可实现自我检测和临时修复,从而继续开展工作.
这一科研项目由英国、比利时、法国、荷兰和瑞士等多国科研机构参与.
项目目前已获得欧盟委员会的资助,预计耗资300万欧元.
22科技信息参考2019年第4期剑桥大学的托马斯·乔治·图鲁塞尔博士介绍说,自我修复材料未来可应用于不同类型的机器人,包括模块化机器人、教育机器人以及进化型机器人等,都有很好的应用前景.
其中,剑桥大学的团队主要负责研究如何把具有自我修复能力的材料(一种柔韧的塑料材质)整合到柔性机器人的机器臂上.
团队将利用机器学习技术来对这些材料建模和整合,开发出具有自我修复能力的传感器和驱动装置,最终目标是把它们与机器人平台结合,以便开展一些特定任务.
新型反光材料让标识更智能作者:周舟文章来源:新华社发布时间:2019-8-11新华社华盛顿8月9日电(记者周舟)一个中美科研团队开发出一种新型反光薄膜材料.
由于在白色光源照射下,其颜色可随观察角度不同保持恒定或变化,该材料有望用于交通反光标牌,在夜间更智能地引导和警示驾车者或行人.
9日发表在美国《科学进展》杂志上的这项研究显示,这种薄膜是一种结构色材料,可以实现光线的逆反射,即反射光线方向总是接近入射光线反方向.
不同于颜料、染料等形成的化学色,结构色由光照射在物体表面复杂的微观结构上产生折射、反射或衍射等形成,具有环保且不褪色等优点.
研究团队将直径为数微米至十几微米的聚合物胶体微球组装到普通透明胶带的粘胶层上,形成单层微球阵列.
研究显示,当白光光束从薄膜无微球一方入射时,会显示出逆反射智能结构色:从照明方向可观测到均一、明亮的反光色,从非照明方向看,薄膜颜色则会随着观察角度和光源角度不断变化.
道路交通标识有时着重提醒司机,有时更需提醒行人,而这种智能反光薄膜可以满足不同的提示需求,研究人员设计了两项实验来证明这一点.
在一项实验中,研究人员将这种薄膜用作着重提醒行人的道路分界线.
由于车灯照明方向和司机的视角基本相同,司机看到的线条不变色,颜色鲜艳且均一;路边行人视角和车灯照明方向不同,随着车辆由远及近,他们看到的线条颜色闪烁变化,有效提醒行人避让后方车辆.
23科技信息参考2019年第4期在另一项实验中,他们将这种薄膜做成提示限速的交通标识,并在附近用固定位置的白光照射.
这一次,司机会随视角的变化看到标识颜色变化,从而提高警惕.
研究还显示,这种薄膜材料防水、节能,且相关功能在零下196摄氏度到零上100摄氏度之间有效.
论文通讯作者、复旦大学材料科学系教授武利民对新华社记者说,这种薄膜在智能显示、交通安全反光设施、防伪标签、结构色涂层和装饰等领域具有应用价值.
24科技信息参考2019年第4期电子与信息技术全新算法助机器学习抵抗干扰作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-7-2机器学习模型受到攻击将产生严重的后果,但如果对这一情形提前预防呢就像人类针对即将到来的病毒去接种疫苗一样.
据澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)官方网站消息,该机构的一个研究团队,日前开发了一套人工智能(AI)最新算法,可帮助机器学习抵御可能遇到的干扰.
机器学习是人工智能的核心,也是使计算机具有智能的根本途径.
机器学习主旨是让计算机去模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,并重新组织已有的知识结构,使之不断改善自身的性能.
机器学习虽然可以在大数据训练中学到正确的工作方法,但它也很容易受到恶意干扰.
通常攻击者是通过输入恶意数据来"欺骗"机器学习模型,导致其出现严重故障.
此次,开发出新算法的研究团队——"Data61"机器学习小组领导者理查德·诺克表示,攻击者会在进行图像识别时,在图像上添加一层干扰波,达到"欺骗"的目的,从而让机器学习模型产生错误的图像分类.
诺克及其团队成员研发的新算法,通过一种类似疫苗接种的思路,可以帮助机器学习"修炼"出抗干扰能力.
这是针对机器学习模型打造的防干扰训练,譬如,在图片识别领域,该算法能够对图片集合进行微小的修改或使其失真,激发出机器学习模型"领会"到越来越强的抗干扰能力,并形成相关的自我抗干扰训练模型.
经过此类小规模的失真训练后,最终的抗干扰训练模型将更加强大,当真正的攻击到来之时,机器学习模型将具备"免疫"功能.
总编辑圈点用小伎俩干扰机器对图像的识别,这种手段已经应用在网络黑产中.
人眼看起来并无明显区别的图片,覆上一层专门针对机器的干扰波,就能让机器的判断大失水准.
所谓接种疫苗,其实也就是"以毒攻毒",让机器先见识已经被微小修改的图片,并在训练中自我学习,从而最终能识破这层恶意干扰,揭开图片的庐山真面目.
机器的学习功能是强大的,教会它应对方法,它便能自我完善.
但攻击与防御总是相伴相生,这是一场没有尽头的技术博弈.
25科技信息参考2019年第4期仅三个原子厚!
最薄光学装置问世作者:冯卫东文章来源:科技日报发布时间:2019-8-13据最新一期《自然·纳米技术》报道,美国科学家研制出世界上最薄的光学装置——一种只有3个原子厚的波导.
此项研究成果可将现有光学器件的尺寸缩小几个数量级,或带来更高密度、更高容量的光子芯片.
加州大学圣地亚哥分校研制的这款新型波导,厚度约为6埃米(1埃米=10-10米),比典型光纤薄1万倍,比集成光子电路中的片上光波导薄约500倍.
波导由悬浮在硅框架上的二硫化钨单层(两层硫原子中间夹一层钨原子)组成,单层由一系列纳米孔图案形成光子晶体.
这种单层晶体的特殊之处在于,其在室温下可支持被称为激子的电子—空穴对.
这些激子产生强烈的光学响应,使晶体的折射率大约是围绕其表面的空气折射率的4倍.
相比之下,具有相同厚度的另一种材料不具备如此高的折射率.
当光线通过晶体传播时,它会被内部捕获并通过全内反射沿着平面传导.
该波导的另一个特征是,可在可见光谱中传导光.
蚀刻到晶体中的纳米孔允许一些光垂直于平面散射,从而得以观察和探测.
这个孔阵列产生的周期性结构,使晶体还能作为谐振器.
该系统不仅可以共振地增强光物质相互作用,还可作为二阶光栅耦合器将光耦合到光波导中.
新技术实现微电子器件电子结构可视化作者:田学科文章来源:科技日报发布时间:2019-8-13英国华威大学和美国华盛顿大学的研究人员开发了一种技术,首次将微电子器件中的电子结构可视化,这为制造二维半导体及精密协调的高性能微电子设备打开了大门.
26科技信息参考2019年第4期材料的电子结构描述了电子在该材料内的行为,从而反应出流经该材料的电流的性质.
这种行为会随着施加在材料上电压的大小而变化,随着电压变化而变化的电子结构决定了微电子电路的效率.
操作装置中电子结构的变化是现代所有电子产品的基础,但到目前为止,还没有办法直接看到这些变化的具体情况,来帮助人们理解它们是如何影响电子行为的.
为了能够直观地观察研究微电子器件中电子的行为轨迹,优化微电子器件的功能,研究人员开发了一种新技术,用它可以在操控只有原子厚度的所谓二维材料制成的微电子器件时,测量电子的能量和动量;进而利用这些信息,对材料的光电特性进行可视化表达.
该技术使用角度分辨光发射光谱(ARPES)来"激发"选定材料中的电子,通过将一束紫外线或X射线聚焦在一个特定区域的原子上,受到激发的电子就会从原子中被击出.
然后,研究人员可以测量该电子的能量和运动方向,从而计算出它们在材料中所具有的能量和动量,由此决定了这种材料的电子结构.
然后可以将其与理论预测进行比较,而理论预测是基于最先进的电子结构计算得出的.
研究人员认为,这项技术使得微电子器件电子结构可视化,让人们获得设计更高性能元器件所需的信息,从而制造出工作效率更高、能耗更低的电子元器件.
还有助于开发二维半导体,这些半导体被视为下一代电子产品的潜在组件,在柔性电子、光电和自旋电子学中有着广泛的应用.
该项由实验主导的研究成果发表在近期出版的《自然》杂志上.
首个硅中双原子量子比特门问世作者:刘霞文章来源:科技日报发布时间:2019-7-23据物理学家组织网近日报道,由澳大利亚新南威尔士大学的米歇尔·西蒙斯领导的团队,创建出了首个硅中双原子量子比特门,操作在0.
8纳秒内完成,比目前其他基于自旋的双量子比特门快200倍,是迄今在硅中展示最快的,成为构建原子级量子计算机的一个重要里程碑.
双量子比特门是量子计算机的核心组件.
西蒙斯团队构建的双量子比特门是两个电子自旋之间的操作.
最新研究也是研究人员首次让两个原子量子比特以比以往更靠近的距离,构建出双量子比特门,并实时可控地观察和测量其自旋状态.
27科技信息参考2019年第4期原子量子比特拥有硅中量子比特相干时间最长的记录,保真度也最高.
在最新研究中,为了使用扫描隧道显微镜精确放置和封装硅中的磷原子,团队首先计算出了两个量子比特之间的最佳距离(精度高达十亿分之一米),以实现关键操作.
最令人兴奋的是,他们可以在纳秒级时间尺度上控制两个电子之间相互作用的强度.
此外,他们也能以非常高的精度读取和初始化硅中原子量子比特上单电子的自旋,构建出了一个真正快速、高度精确的双量子比特门,成为基于硅的可升级量子计算机的基本模块.
新南威尔士大学科学院院长艾玛·约翰逊教授说:"这是西蒙斯团队重要的里程碑.
其下一个主要目标是构建10比特的量子集成电路,并希望能在3—4年内实现.
"总编辑圈点量子比特是"0"和"1"的叠加态,在经典计算机看来要算到天荒地老的问题,量子计算机可以分分钟搞定.
有观点认为,设计并制造通用量子计算机,是21世纪的"太空竞赛".
要造量子计算机着实困难重重.
澳大利亚新南威尔士大学的这支团队已经多次在量子计算研究上取得突破性进展,这次他们构建出快速且具有高精度的双量子比特门,为量子芯片、量子处理器的研发奠定了基础.
当然,世界各地的其他团队,也都在以各种方法,致力于实现通用量子计算机这一最终目标.
碳纳米管制成的微处理器面世作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-8-28英国《自然》杂志28日发表了一项计算科学最新进展:美国麻省理工学院团队利用14000多个碳纳米管晶体管,制造出16位微处理器,并生成这样一条信息.
其设计和制造方法克服了之前与碳纳米管相关的挑战,将为先进微电子装置中的硅带来一种高效能替代品.
电子器件中所用的硅晶体管正达到一个临界点,无法进行有效扩展以推动电子学的进步.
而碳纳米管是一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料,又名巴基管,重量很轻,结构特殊——主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同28科技信息参考2019年第4期轴圆管.
目前碳纳米管已经表现出优异的力学和电学性能,但其自身的缺陷和可变性,限制了这些微型碳原子圆柱体在大规模系统中的应用.
此次,麻省理工学院科学家马克斯·舒拉克及同事设计和构建了一种碳纳米管微处理器,来解决这类问题.
他们利用一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起,以防晶体管无法正常工作.
此外,通过精细的电路设计,减少了金属型碳纳米管而非半导体型碳纳米管的数量,后者的存在不会影响电路的功能,从而克服了和碳纳米管杂质相关的问题.
研究团队将该微处理器命名为"RV16X-NANO",并在测试中成功执行了一个程序,生成信息:"你好,世界!
我是RV16XNano,由碳纳米管制成.
"研究人员总结称,鉴于这个微处理器的设计和制造采用了行业标准,因此这项研究为超越硅的电子学指明了一个富有前景的发展方向.
总编辑圈点一直以来,人们都预测硅在芯片领域的主导地位可能会终结于碳纳米管之手.
因为与传统晶体管相比,后者体积更小、传导性更强,还支持快速开关,性能和能耗表现都远远好于传统硅材料.
但多年来,碳纳米管一直未能走上实际应用之路,原因之一是它的生长方式并不愿意"受人控制";其二是杂质问题,只要存在少量金属性碳纳米管,就会损害整个处理器的性能.
现在,尽管我们深知碳纳米管替代传统硅晶体管的日期仍需以10年为单位计算,但最重要的一步已经迈出,其给芯片领域带来的革命,指日可待.
新显微技术可实时观测材料微观结构变化作者:刘海英文章来源:科技日报发布时间:2019-7-8美国北卡罗莱纳州立大学研究人员开发出一种新显微技术,能实时跟踪1000℃高温和2吉帕斯卡应力下金属或其他材料微观结构的变化情况.
这一技术将有助于推动材料蠕变研究,促进用于极端环境的高性能材料研发.
任何固体材料在应力影响下,随着时间推移都会出现缓慢但永久性的微小形变,这种现象被称为蠕变.
当材料长时间处于加热状态或高负载情况下,蠕变会变得更29科技信息参考2019年第4期剧烈.
对于新型高性能材料,尤其用于极端环境中的高性能材料研发来说,蠕变研究至关重要.
在新研究中,北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程教授艾福萨那·拉比率领研究团队,在美国能源部和英国研究创新机构的支持下,开发出原位扫描电镜(SEM)加热加载装置,可以实时观测材料在高至1000℃的温度和2吉帕斯卡的应力下所发生的微观结构变化,如材料裂缝的形成和生长过程、材料失效过程中微结构变形的情况等,这对于了解材料在不同负载和温度条件下的特性及其行为非常有价值.
研究团队利用该装置对709合金样品在750℃下的"蠕变—疲劳"情况进行了测试,并在最新一期《材料科学与工程:A》杂志上发表论文介绍了相关测试结果.
709合金耐高温,耐腐蚀,是一种极具应用潜力的合金材料,可用于制造核电站的结构部件.
拉比指出,如果没有新技术,要跟踪709合金在"蠕变—疲劳"测试过程中微观结构的演变并模拟其在核反应堆使用多年后的情况是不可能的.
在提供卓越的观测能力的同时,新技术还大大节省了评估材料性能所需的时间和材料数量,这对于新材料,尤其是被设计用于极端环境的高性能材料研发来说是一个重大进步.
美开发高效易操作超算编程语言作者:彭茜文章来源:中国科学报发布时间:2019-7-15超级计算机在解决科学领域重大挑战方面具有优势,但是编程操控这些"大家伙"并非易事.
美国研究人员新开发出一种程序语言,让非计算机背景的人也能便捷利用超级计算机处理问题.
目前广泛使用来操控超算的仍是40多年前发明的C++语言,在当时主要的微处理器是中央处理单元(CPU),它可以一个接一个地计算,即串行处理.
而现在的超算更多地使用另一种微处理器,也就是图形处理单元(GPU),它可以同时处理多个相似的计算任务,即并行处理.
美国斯坦福大学通信与网络教授亚历克斯·艾肯的团队日前开发出了新的计算机程序语言"Regent",这种用户友好型语言在操作超算处理任务方面比C++更便30科技信息参考2019年第4期捷高效.
它能简化超级计算机程序员的工作,例如将串行处理任务分配给CPU,而将并行处理任务分配给GPU.
程序员先使用Regent语言将自己的计算任务进行编译,存入该团队开发的名为"Legion"的第二个软件层;Legion再据此生成机器代码,也就是超算可以理解的指令,指挥计算机执行任务.
Regent和Legion间的配合让程序员可以更方便地做出一些决策,比如在哪儿存储数据,这直接影响到计算的成本和速度.
尽管新程序语言的推行都需要克服惯性,但研究者对Regent程序语言的推广充满信心.
美国能源部目前正在大力推进百亿亿次级超级计算机项目,超算软件正是其支持的研发重点之一.
31科技信息参考2019年第4期生物医药微型药物胶囊准确靶向癌细胞作者:徐徐文章来源:中国科学报发布时间:2019-7-26气体从洞中逸出,为胶囊移动提供动力.
图片来源:Wu,etal.
本报讯可自我推进的微小胶囊蜕去外壳,并将药物直接运送至肿瘤细胞.
这些微型机器人的作用在老鼠肠道中得到了证实.
或许有一天,它们会成为癌症的靶向治疗手段,到达体内一些难以触及的部位.
相关成果日前发表于《科学—机器人学》.
"当胶囊到达肿瘤时,我们可以激活它、让胶囊破裂并且释放微型马达,它们就会在肿瘤区域移动.
这一举动对药物输送非常重要.
"美国加州理工学院的WeiGao表示.
他和团队成员创造了多层微型马达.
首先是直径约20微米的镁颗粒.
镁被一层金包裹,然后被一层含有抗癌药物的水凝胶裹住.
最后,这些微型马达中的几个被包含在明胶胶囊中.
该团队将胶囊喂给肠道内长有黑色素瘤细胞的老鼠.
之所以使用黑色素瘤,是因为这些细胞能很好地吸收近红外光,因此研究人员可以更好地利用光声计算机断32科技信息参考2019年第4期层成像技术跟踪胶囊的效果.
这种技术可将近红外光送入组织.
在组织中,近红外光被转化为声音,并返回超声波图像.
Gao和同事在胶囊进入小鼠肠道并接近癌细胞时对其进行了追踪.
一旦到达目标地点,他们将一束强烈的红外光照射在胶囊上.
胶囊会加热金子,并释放药物.
热量还释放了镁,而镁通过与肠液的化学反应,产生了氢气泡.
这种气体从外壳上留下的2纳米的孔中释放,为肠道周围的胶囊提供动力,就像微小的气球在飞行时释放出空气一样.
研究人员表示,药物在胃肠道的输送是很棘手的问题,因为一切都在运动,所以药物在提供治疗之前就会被冲走.
"我们需要长期释放.
微型马达在肿瘤周围运动,因此它们可穿透肿瘤组织,在很长一段时间内缓慢释放药物.
"Gao介绍说.
https://doi.
org/10.
1126/scirobotics.
aax0613二十秒完成低辐射全身3D医学成像作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-7-1据英国《自然》新闻近日消息称,一款最新的医学成像设备,只需20秒就能完成全身3D扫描,这种经过改良的全新扫描仪降低了辐射剂量,因而极大扩展了其应用范围,不久的将来该设备会在研究和临床领域得到广泛应用.
当前传统的正电子发射断层扫描仪(PET),通常需要的成像时间为20分钟.
而且,标准的PET扫描仪需要医生先将放射性示踪剂注入被检查人员的体内,再使用扫描仪检测,人体内的细胞会摄取并分解这些放射性分子——但医生每次只能对一小部分身体部位进行成像,示踪剂分子的衰变速度很快,意味着信号的消失速度很快,而如果要扩大成像面积,就需要给患者注射更多的放射性分子.
日前,在美国国立卫生研究院举办的"高风险高回报研究研讨会"上,科学家们报告了一款全新PET扫描仪,其比传统扫描仪速度要快得多,辐射剂量也更低.
美国加州大学戴维斯分校的科学家拉姆塞·巴达维及其同事展示了这种一次性的全身成像,新型设备只需不到传统扫描仪1/40的时间和1/40的辐射剂量,就能生成图像,并降低了患者的辐射风险,与此同时,扫描对象也可以在扫描仪中停留33科技信息参考2019年第4期更长时间以便拍下动作捕捉图像,从而方便医生观察放射性示踪剂在体内的扩散情况.
宾夕法尼亚大学放射科专家阿贝斯·阿拉维表示,全身扫描仪是医学成像领域的一次飞跃.
据悉,美国食品和药品监管局已批准在美国境内使用这款扫描仪,研究团队计划7月份起在加州进行首次实际应用.
德国科学家研发新验血方式可预测健康风险作者:徐徐文章来源:中国科学报发布时间:2019-8-23近日,德国的研究人员发现,通过一种新的验血方式,可以在一定程度上预测一个人在未来一定时间内的身体健康状况.
研究团队称,这项研究可以提醒民众,以鼓励他们更健康地生活.
报道称,该团队在对44468个人进行血样分析后,取得了突破性研究成果.
随后,研究者们对威胁人生命安全的14种潜在因素进行了分析,包括免疫力、血糖控制、炎症和循环脂肪等.
在实验期间,马克斯普朗克老龄生物研究所的研究人员,对数千名成年人的血液进行了分析.
这些被研究对象的年龄在18至109岁之间.
首先,他们对研究对象的BMI、血压、吸烟习惯等进行了测试.
然后学者们使用了新式血液测试中的生物标记物进行分析.
分析后,每个参与者都有一个得分,从负2到3不等.
数字越大,一个人早亡的可能性越大.
随后,研究小组对试验中预测的2至16年的寿命进行验证.
结果发现,超过5512名参与者已经死亡.
准确率为83%.
目前,医生可以尝试预测患者是否能活过明年,但预测患者在未来10年内的死亡风险则要难得多.
研究人员希望这个发现将有助于专家对患者的治疗方案进行改善.
参与研究的迪伦博士说,通过化验的血反映的,只是当前健康和身体脆弱性的表现.
事实上,这种血液测试并不能真正预测一个人能活多久,因为个人生活上的34科技信息参考2019年第4期因素在同时发挥作用.
如果验血表明一个的身体存在漏洞,通过改变生活方式,可能会活上双倍时间.
专家称这项研究是医学界迈出了令人兴奋的一步,但强调要使该测试用于实践还有很长的路.
伦敦大学英国痴呆症研究所研究员赫斯雷格拉威博士表示,生物标记物可以让我们深入了解健康和疾病的发生情况.
然而,它仅限于欧洲的数据.
如果没有进一步研究,它可能不适用于其他种族群体.
据悉,该项医学研究已发表在《自然通讯》杂志上.
"最强蛛丝"超凡韧性基因找到作者:张梦然文章来源:科技日报发布时间:2019-7-26据英国《通讯·生物学》杂志25日发表的一项最新发现,美国科学家团队通过基因测序,报告了一种可以解释"最强蛛丝"超凡韧性的新基因.
这项发现未来将对设计新型生物材料具有重要意义.
蜘蛛是仿生学领域的"网红".
这一家族中,可以织出迄今已知最大圆网的蜘蛛名为"达尔文树皮蛛",其以查尔斯·达尔文命名,所吐蛛丝最长可达25米.
而且,达尔文树皮蛛用来构建蛛网结构轮廓的牵引丝,也是人类迄今已知最强韧、最牢固的生物材料,其韧性是著名的凯夫拉合成纤维(一种超高强度合成纤维,在防弹领域有大量应用)的10倍.
无论是衡量其强度还是可延展性,这种蛛丝表现都极其优异,远超人类制造工艺.
但令人遗憾的是,长期以来科学家并不清楚为何"达尔文树皮蛛"的蛛丝能拥有如此极致的韧性.
鉴于此,美国马萨诸塞大学洛厄尔分校科学家杰西卡·卡布及同事,对"达尔文树皮蛛"丝腺内表达的基因做了测序,从而发现了一种不同寻常的蛛丝基因.
研究人员表示,虽然"达尔文树皮蛛"所生成的主要蛛丝蛋白和其他蜘蛛一样,但是它们还会生成一种具有一个独特重复序列的蛋白.
该序列包含大量脯氨酸——一种已知可以使蛛丝更具有弹性的氨基酸.
研究团队认为,正是这一独特的蛋白序列使"达尔文树皮蛛"的丝变得如此强韧.
35科技信息参考2019年第4期磁控线型机器人有望用于脑血管手术作者:周舟文章来源:新华网发布时间:2019-8-29美国麻省理工学院研究团队开发出一种磁控线型机器人,可在脑血管等狭窄且弯曲的通道中穿行,未来有望用于"疏通"中风或动脉瘤导致的脑血管堵塞.
新近发表在美国《科学·机器人学》杂志上的这项研究显示,这种机器人的内核是具有柔性和回弹性的镍钛合金,合金材料上覆盖一层含有磁粒子的橡胶,在外部磁铁的控制下,机器人可以弯曲并复原.
研究人员在磁性橡胶材料外涂上了一层水凝胶,使其拥有光滑表面,降低了摩擦力,从而可以在狭窄的空间中"滑行".
他们在一项实验中用磁铁精准控制这种机器人,使其"像提线木偶"一样"穿针引线"通过小孔.
在另外一项实验中,研究人员先用CT扫描患者大脑,模拟制造出拥有脑血管和血栓的硅树脂仿真模型,并向其中注入与血液黏稠度相当的液体,之后研究人员使用磁铁成功引导机器人在弯曲的通道中穿行.
研究人员说,还可将镍钛合金替换为光纤,让后者抵达指定区域后用激光烧掉血管堵塞.
研究人员说,中风是美国第五大致命性疾病,在急性中风发病90分钟内进行救治可显著提高存活率,这种机器人有望在"黄金时间"内逆转脑血管堵塞,避免造成永久性脑损伤.
研究团队下一步计划进行体内测试.
超敏感传感可广泛应用于生物医学文章来源:科技日报发布时间:2019-7-30俄罗斯国立核研究大学莫斯科工程物理学院、俄罗斯科学院舍米亚金和奥夫钦尼科夫生物有机化学研究所与法国艾克斯—马赛大学、英国曼彻斯特大学的科研人员合作,提出了超敏感传感转换器构想,可能为生物医学和许多其他领域的超敏感控制带来革命.
相关研究发表在《先进功能材料》杂志上.
俄罗斯国立核研究大学莫斯科工程物理学院生物医学工程物理研究所科研负责人安德烈·卡巴申表示,超敏感转换器的独特之处在于可以把光波场集中在最薄36科技信息参考2019年第4期的层中,这样就能读出关于其光学性能信息,然后以专门编码光波相位关系的形式在反射或折射的光线中传递信息.
卡巴申介绍说:"光波场集中、相位信息编码和传输的类似方法,有助于获得系统对超薄层光学特性变化的前所未有的敏感度,其中包括生物传感器表面的2D材料单质层和生物材料分子层.
"研究人员称,记录到单质层如此细微效应是前所未有的,这为2D材料研究开辟了全新方向.
超敏感性的另一个例子是探测抗生素氯霉素的新方法,氯霉素是医学和食品工业中的必需品,控制食品中的氯霉素浓度极为重要,因为超标将引发肿瘤和血管疾病.
研究表明,得益于该转换器,抗生素的发现范围至少比用其他方法提高了1000倍.
这种超敏感传感转换器还可用于其他许多方面,如危险疾病早期诊断、超敏感兴奋剂控制、食品和环境检测等.
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