科学

所有传统光学滤波器的工作原理相同：让特定波长的光通过，阻挡其他波长的光，利用材料的吸收或干涉特性。滤色片、偏振片和二向色镜都依赖于光作为单个光子时的行为。 但光具有仅在集体层面才显现的特性。来自激光的光子流与热源发射的光子流表现不同,,不是在颜色或亮度上，而是在光子如何聚集上。激光光子以随机间隔到达（一种称为二阶相干性 g⁽²⁾(0) = 1 的特性），而热光显示出光子聚束（g⁽²⁾(0) = 2），某些量子源中甚至出现更强的相关性。这些差异编码了光的量子统计特性，而在此之前，没有材料能够区分它们。 由 Chao You 领导的团队改变了这一点。在《自然》杂志上，他们介绍了量子统计等离子体超晶体,,一种纳米结构金表面，能够根据光的 g⁽²⁾(0) 值而非波长进行过滤。该工作附有伦敦国王学院 Sebastian Golat 的新闻与观点文章，他称这是首次展示能够操控光集体量子特性的材料。 作为量子筛的超晶体 该器件由 100 个金纳米天线（每个 200×400 纳米）组成，排列在玻璃上的 110 纳米金膜上，间距为 1 微米，并配有耦合输入光栅。该结构支持表面等离子体共振,,集体电子振荡,,其相邻纳米天线之间的近场相互作用产生依赖于入射光子相关性的干涉图案。 关键见解借鉴自固体物理学：正如半导体具有禁止某些电子能量的电子带隙一样，等离子体超晶体为特定 g⁽²⁾(0) 值创建了禁止统计带。量子统计落在允许带内的光基本不变地通过。落在禁止带内的光被过滤,,其相干性向最近允许状态偏移。 Golat 在随附的新闻与观点文章中指出，该概念在 2018 年由 Mouloudakis 和 Lambropoulos 在理论上进行了预测（《物理评论 A》，第 97 卷，053413），但 You 的团队提供了首次实验实现。 观察滤波器的工作 团队用 13 种不同的多光子源测试了超晶体，覆盖从相干（g⁽²⁾(0) = 1）到超热（g⁽²⁾(0) = 3）的范围，这些光源通过将 780 纳米连续波激光聚焦在旋转毛玻璃上并在不同位置收集散射光而产生。 结果与理论预测相符： 相干光（g⁽²⁾(0) […]

全球粮食系统陷入一个悖论：它为不断增长的人口生产了足够的卡路里，但却贡献了约三分之一的温室气体排放，导致森林砍伐，并使世界一半以上的人口无法负担或获得健康饮食。当前粮食生产的隐性成本估计每年达10至20万亿美元，这一数字包括环境破坏、生物多样性丧失和饮食相关疾病。 由吉布森及其同事领导的国际建模团队在《自然》杂志上发表的一项新研究，探讨了如果世界认真着手改变方向，实际会发生什么。他们的答案来自一个由10个模型组成的集合，即全面转型将从根本上重构全球农业，打破土地用途、畜牧生产和排放方面的历史趋势。 情景设定 该研究模拟了一个建立在三大支柱上的”转型后粮食系统”：普遍采用EAT-柳叶刀2.0参考饮食（以植物为主的饮食模式，强调蔬菜、水果、豆类、坚果和全谷物，同时限制红肉、糖和饱和脂肪）；农业生产力持续提高；以及粮食损失和浪费减少50%。 这个名为EL2的情景通过10个全球经济和生物物理模型运行，包括MAgPIE、GLOBIOM、IMAGE和AIM，每个模型对土地生产力、贸易反应和消费者行为都有不同的假设。这种集合方法旨在捕获一系列可能的结果，而非单一预测。 模型发现 结果在规模和方向上均令人瞩目。在EL2情景下，到2050年： 农业用地减少2.74亿公顷，这是2000多年来的最大绝对降幅，全球农田将回到约1970年代的水平。 反刍动物肉类产量下降53%（模型间范围：77%至15%），反刍动物总数降至1996年水平，比2020年减少4亿头。 非反刍动物肉类（禽肉、猪肉）下降14%。 乳制品产量下降27%，但由于产量提高，奶牛数量仅下降3%。 谷物和糖料作物产量分别下降23%和34%。 蔬菜、水果、坚果和豆类平均增长23%，但各模型间的范围很广（从下降45%到增长53%），反映了生产系统转型速度的不确定性。 农业非二氧化碳温室气体排放量比基线情景低34%，比2020年水平低20%，相当于减少12亿吨二氧化碳当量。 农业产出价值的结构性变化更为显著。在转型情景下，畜牧业占农业总价值的份额从36%（基线情景）下降到20%，而蔬菜、水果、坚果和豆类部门从34%上升到58%。反刍动物肉类的价值下降了81%，为1961年以来的最低水平。 地区赢家与输家 模型预测在全球范围内并不均匀。在EL2情景下，撒哈拉以南非洲的农业产出价值增长了60%，主要受蔬菜、水果、坚果和豆类需求增加以及生产力提高的推动。印度的价值增长了40%。 相比之下，中国和巴西分别大幅下降42%和35%，反映了它们作为世界最大动物饲料生产国和牲畜出口国的角色。欧洲和美国提高了反刍动物出口在生产中的份额，而南美和中美洲的出口份额则有所下降。 与历史的决裂 作者强调，最引人注目的发现是，这一转型将打破数十年来的稳定历史趋势。农业用地在一些地区一直在逐步减少，但EL2情景下2.74亿公顷的减少在现代是无与伦比的。牧场缩减的速度约为2000年至2020年期间观察到的2.5倍。 作者指出，这种规模的转型将需要全球粮食系统中养殖动物角色的范式转变。它也将产生新的挑战：目前约65%的放牧土地不适合农作物生产，可能会被废弃，这引发了关于农村生计、土地管理和生态系统恢复的问题。 局限与不确定性 这项研究是情景分析，而非预测。它假设饮食偏好的转变是无成本的，模型没有考虑行为惯性、文化抵制或行业反对。作者承认，将数亿人转向不同饮食的真正挑战，特别是在超加工产品主导的饮食环境中，是一个重大障碍。 当前粮食系统每年10至20万亿美元的隐性成本估算来自EAT-柳叶刀2.0委员会（《柳叶刀》，2025年），包括饮食相关疾病的健康成本、环境破坏和生物多样性损失。《自然》杂志的研究模拟了生产侧的转型，但并未独立估算这些协同效益。 两种情景下的农业就业人数中位数下降28%，但构成发生了变化：EL2情景下作物部门的就业比基线情景高17%，而畜牧业的就业则低36%。作者提醒，支持转型工人和社区的政策至关重要。 来源： 1. Gibson, M. et al. “Food systems transformation would reshape global agriculture.” Nature (2026). DOI：10.1038/s41586-026-10775-2 2. EAT-Lancet 2.0 Commission. The Lancet 406(10512), 1625–1700 (2025). DOI：10.1016/S0140-6736(25)01201-201201-2) 婷 翻译

一个研究小组在北大西洋西部海底发现了一片广阔的玻璃质熔岩场，它不符合任何现有的火山喷发模型。以《权力的游戏》中的黑龙命名的巴雷里恩熔岩场，可能代表了一种此前未被认识到的火山活动形式。 这一发现是在蒙特利尔举行的全球最重要地球化学会议,,戈尔德施密特会议上，由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的地球化学家弗劳克耶·范德兹万公布的。”这可能是一种常见但不可见的火山活动形式，”她在会议上说。 海底的异常现象 巴雷里恩熔岩场覆盖约360平方公里，形成一片异常平坦的玻璃质玄武岩层。它远离任何俯冲带、大洋中脊或已知火山热点，坐落于本应被厚厚沉积物覆盖的2000万年历史的大洋地壳之上。 此前一次研究航次的声学数据首次标记了这一异常现象：在软沉积物应该占主导的地方，硬岩就埋在沉积物之下。随后一次为期六周的专项航次确认了熔岩场并采集了样本。对熔岩流上方和下方保存的贝壳进行测年，确定喷发发生在大约5万年内，从地质学角度看属于近期。 熔岩本身呈玻璃质，表明喷发时温度高、流动性强，在海底铺展成薄层，而非形成板内火山活动典型的那种锥形海山。它也没有显示任何地表变形、隆起、地堑或塌陷，表明岩浆上升喷发时没有产生火山学家预期的任何构造特征。 “成分太奇怪了，”分析样本的西澳大利亚大学实验岩石学家伊斯拉·埃扎德说。”它们与我们的预期相去甚远。似乎没有相关的表面变形。就像是有人秘密地放了些熔岩，却根本没有原因。” 可能的解释 范德兹万解释说，主要假说涉及一块来自下地幔的致密辉石岩,,辉石岩块体沉入地球深处，然后被地幔缓慢的对流环流带回。由于辉石岩比周围的橄榄岩地幔更容易熔化，它会形成一个浮力岩浆囊，最终喷发到海底。 这样一个块体如何在远离任何俯冲带（地表岩石通常在此被带向下方）的地方循环穿过深部地幔，目前仍不清楚。巴雷里恩熔岩的化学成分与任何已知的海底玄武岩分类都不一致，包括大洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩。 如果假说成立，巴雷里恩将加入一个不断增长的火山异常名单，挑战现有的理论框架。这些异常包括”小点”火山（俯冲带附近古老洋壳上的小型年轻火山）以及埃特纳火山提出的新型板内火山活动。 这种火山活动可能常见却被忽视吗？ 研究小组已经在约400公里外确定了一个具有类似声学特征的第二个地点：在一个没有明显火山源的地方，硬岩浅浅地埋在沉积物之下。这提出了一个可能性：巴雷里恩型熔岩场并不罕见，而只是被忽视了。 标准的海底测绘侧重于地形高地：海山、海脊和从深海平原上升起的火山锥。与周围海底齐平的平坦熔岩场，在优先考虑水深特征的测绘中是不可见的。 生态影响是显著的。从海绵到珊瑚，深海生物通常依赖硬质基底附着。”很多生命需要岩石，”范德兹万指出。覆盖大片深海平原的平坦熔岩场可能从根本上改变深海的栖息地结构。 从行星尺度来看，这一发现可能改变对远离板块边界发生的火山活动量，以及通过此类隐藏喷发在地球内部和表面之间交换的碳和硫量的估计。 会议披露 巴雷里恩熔岩场是作为正在进行的研究在2026年戈尔德施密特会议（蒙特利尔，7月12日至17日）上公布的。同行评审论文尚未发表。报道这一发现的《科学》AAAS新闻文章于2026年7月15日发表。”我们还有很多发现要做，”未参与此项工作的洛桑大学塞巴斯蒂安·皮莱在《科学》杂志的报道中说。”这些都是关于地球熔岩开辟了许多新问题的事情。” 来源： 1. Dinneen, J. “Undersea lava flows named after Game of Thrones dragon may reveal a new type of volcanism.” Science AAAS（2026年7月15日）. DOI：10.1126/science.znrp92j 2. 弗劳克耶·范德兹万（KAUST）在2026年戈尔德施密特会议上的报告，加拿大蒙特利尔（2026年7月12日至17日）。 婷 翻译

慢性神经病理性疼痛，即初始神经损伤愈合后仍长期持续的疼痛，以其难以治疗而闻名。部分问题在于其背后的生物学是一个移动的目标：脊髓在细胞和分子层面响应持续的疼痛信号而自我重新布线，到患者寻求治疗时，该系统已与其原始状态根本不同。 由新南威尔士大学和德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员发表在《自然·通讯》上的一项新研究，提供了迄今为止最详细的这种重新布线图景。由Lipin Loo和G. Gregory Neely领导的团队使用单核RNA测序和空间转录组学技术，绘制了患有慢性神经病理性疼痛的雄性小鼠在有效治疗前后整个脊髓细胞景观的完整图谱。 广泛而协调的响应 研究结果揭示，慢性疼痛并非局限于单一细胞类型或信号通路的问题。周围神经损伤后，脊髓在多个细胞群体中经历了突触和兴奋性通路的广泛上调不仅在直接处理疼痛信号的背角神经元中，而且在胶质细胞中：小胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞。 这是一种从根本上非神经元中心的慢性疼痛图景。长期以来被视为被动支持细胞的胶质细胞，与神经元一同经历转录重编程，表明慢性疼痛涉及一种协调的组织级响应，整个脊髓生态系统向促兴奋状态转变。 空间组织的重要性 空间转录组学一种保留脊髓内基因表达物理位置的技术的使用使团队能够绘制这些转录变化发生的位置。上调并非均匀分布；它集中在背角，即来自身体的疼痛纤维首先与脊髓神经元形成突触的区域，但也延伸到周围区域，表明疼痛状态超越了经典的疼痛处理回路。 在人类中的保守性 一个对转化研究至关重要的发现是，在小鼠中鉴定的核心细胞群体和通路在人类脊髓中是保守的。团队使用器官捐献者的组织验证了其结果，确认了相同的细胞类型和兴奋性程序在人类中存在。 这意味着靶向小鼠中这些通路的药物或基因治疗有合理的机会作用于人类患者中的相同靶点这是一个不平凡的发现，因为许多在啮齿动物中鉴定的有希望的疼痛靶点未能成功转化。 治疗逆转特征 该研究还包括一个治疗组：患有慢性疼痛的小鼠接受了有效的镇痛治疗。治疗后，损伤诱导的转录程序被广泛抑制，许多基因恢复到基线表达水平。 这有两个重要意义。首先，它证明慢性疼痛的转录特征是可逆的当疼痛得到有效治疗时，脊髓可以恢复到接近正常的状态。其次，它为评估新的疼痛疗法提供了分子读数：药物开发者可以不再仅仅依赖行为疼痛测定（在动物中主观且变异大），而是使用脊髓转录特征作为治疗效果的定量生物标志物。 对患者的重要性 神经病理性疼痛影响全球7-10%的人口，是慢性阿片类药物使用的最常见原因。现有治疗方法加巴喷丁类药物、抗抑郁药、局部用药仅在少数患者中有效，且常伴有显著的副作用。 这项新研究提供了一个全面的分子靶点列表：慢性疼痛中上调的特定基因和通路、表达它们的细胞类型以及响应的空间组织。每一个基因都是一个潜在的药物靶点；每一种细胞类型都是基因治疗的潜在递送靶点。 发现胶质细胞是慢性疼痛状态的主要参与者尤为重要，因为胶质靶点在很大程度上被制药公司的疼痛项目所忽视，而这些项目 overwhelmingly 集中在神经元上。 局限与注意事项 该研究仅在雄性小鼠中进行。疼痛处理中的性别差异已有充分文献记载，雌性小鼠可能表现出不同或额外的脊髓特征。作者指出这是一个局限性，并呼吁在雌性中进行后续研究。 治疗组中使用的有效疼痛疗法在已发表的摘要和方法中并未指明名称，作者将其称为”有效的疼痛疗法”。使用临床批准的药物进行独立重复实验将加强其转化说服力。 人类验证使用了无慢性疼痛的器官捐献者组织，这意味着建立了人类”基线”，但人类慢性疼痛特征本身并未被直接观察到。保守的细胞群体提示这些通路存在，但它们是否在人类慢性疼痛患者中上调仍有待确认。 来源 1. Loo, L., Fujikake, K., Winters, B. L., Cunliffe, G., Saad, S., Clark, T., Hamoudi, Z., Manion, J., Caron, L., Davis, O. C., Tavares-Ferreira, D., Shiers, S., Powell, […]

过去十年间，锂离子电池一直是储能领域无可争议的王者，为从智能手机到电动汽车、再到电网级储能设施的一切设备提供电力。但锂价格昂贵、地缘政治集中度高，且价格波动剧烈。其继任者可能由地球上最丰富、最廉价的元素之一钠制成。 2026年4月，全球最大电池制造商CATL宣布将在年底前开始量产钠离子电池，并已与一家汽车制造商和一家储能供应商签署协议。这一公告标志着钠离子技术已从实验室中的新奇事物跨越到工业现实。 关键数字 钠离子的经济论据很简单。工业前驱体碳酸钠每吨价格为200至280美元。电池级碳酸锂每吨价格为20,000至25,000美元高出约100倍。钠在地壳中的丰度是锂的1,000倍以上，在海洋中的丰度更是高达锂的60,000倍。 “这几乎是一种取之不尽的资源，”CATL发言人张逸志表示。 CATL的第一代钠离子电池能量密度达到每千克175瓦时，远期目标为200 Wh/kg。这低于先进锂镍锰钴（NMC）电池的300+ Wh/kg，但与目前主导固定储能市场和入门级电动汽车的磷酸铁锂（LFP）电池相当。 钠离子在成本之外具有明显优势的是安全性和环境耐受性。钠离子电池的易燃性显著低于锂离子电池尤其是NMC化学体系并且能在低至-40°C的温度下工作，而锂离子电池在此温度下难以运作。 工作原理 CATL的钠离子化学体系采用普鲁士白正极一种与颜料普鲁士蓝相关的钠、氮、铁、碳化合物与碳基负极配对。负极使用廉价的铝集流体代替铜，进一步降低材料成本。整个电池避免了高性能锂离子电池所必需的稀缺且有毒的重金属镍、锰、钴。 全球销量最大的电动汽车制造商比亚迪也在大力投资钠离子技术。中国制造商已开始生产由钠电池驱动的摩托车和小型汽车。在美国，初创公司Alsym（马萨诸塞州莫尔登）正在开发其自己的钠电池技术。 市场前景与争议 钠离子能否在规模化后从价格上击败锂，仍是一个激烈争论的问题。CATL预计在2026年底前与LFP实现成本平价。总部位于爱丁堡的咨询公司Wood Mackenzie预测平价要到2035年才会到来。彭博新能源财经分析师Evelina Stoikou指出：”因为这是一项新技术，且尚未广泛部署，估算存在很大的误差范围。” 以乐观预测闻名的埃因霍温理工大学能源分析师Auke Hoekstra表示：”老实说，我没料到会进展这么快而我通常是被视为乐观主义者的那个人。” 最可能的早期应用是低成本电动汽车尤其是在续航需求适中的中国和新兴市场以及大规模固定式电网储能，其能量密度不如每千瓦时成本重要。LFP的先例具有启发性：LFP的能量密度约为先进NMC的三分之二，但由于更便宜、更安全、寿命更长，目前主导了固定储能市场。 回收悖论 一个意外发现是：钠离子电池可能过于廉价，以至于在没有政府补贴的情况下回收它们会亏损。帝国理工学院研究员Yun Zhao计算得出，鉴于废旧钠离子电池的材料价值较低，回收的经济性无法独立成立。除非从一开始就设计好回收基础设施，否则这可能造成类似于当前太阳能电池板处理问题的废物管理挑战。 意义所在 交通电气化和可再生能源扩张都依赖于廉价、充足的电池储能。锂离子电池自2010年以来实现了惊人的成本降幅超过90%但根本的材料约束并未消失。钠离子提供了一条不受稀缺资源、波动性大宗商品市场或集中供应链约束的电池化学路径。 如果CATL的制造扩产成功，2026年将被铭记为电池行业钠未来开启的一年。 婷 翻译 Source 1. Castelvecchi, D. (2026). Beyond lithium: how sodium-ion batteries could change the world. Nature, 655, 562-564. https://doi.org/10.1038/d41586-026-02150-y

海王星最大的卫星海卫一是太阳系中最神秘的物体之一。作为一个被捕获的柯伊伯带天体，拥有逆行轨道、稀薄的氮气大气层和类似间歇泉的羽流，长期以来一直被认为可能存在地下海洋。现在，Tilke及其同事的新模型在《自然·物理》杂志的新闻与观点文章中描述表明海卫一可能拥有别的东西：磁场。 这些模型探索了海卫一在假设其被海王星捕获以及随后的潮汐加热融化了其内部的情况下，其内部结构。研究团队假设了一种层状结构：最初完全液态的金属核心、硅酸盐地幔、地下海洋和冰面。关键问题是核心冷却和结晶时会发生什么。 三种结晶情景 根据海卫一金属核的硫含量，会出现三种不同的结晶路径： 固体铁内核、硫化铁外核，经典的差异化过程，固体铁在中心沉淀，而硫化铁（FeS）在外核保持液态，形成稳定的分层。 铁雪，固体铁晶体在核心上部区域形成并下沉，产生铁和硫化铁在外核中分布而非干净分离的成分梯度。 所有情景中的对流，无论核心采取哪种结晶路径，模型都预测金属核内会发生对流。这种对流可能驱动发电机，产生可从轨道探测到的磁场。 关键结果是，在广泛的核硫含量范围内，磁场产生都是可行的。发电机并不依赖于狭小的条件范围，它是海卫一可能的热演化和化学演化的稳健结果。 磁场为何重要 在海卫一周围确认的磁场将同时是两个事物的有力证据：一个仍部分液态且对流的活跃金属核，以及一个其存在将由感应磁信号独立指示的地下海洋。 海卫一的表面特征包括旅行者2号在1989年首次观测到的活跃冰火山羽流已经表明存在内部活动，但液态层的直接证据仍然难以捉摸。磁场测量将提供这一证据。 这颗卫星也是被捕获的柯伊伯带天体绕冰巨星运行的罕见例子。了解其内部结构将揭示在太阳系最外缘形成的原始天体的热演化。 未来任务的目标 海卫一仍然是行星探索的高优先级目标。一个专门的海王星系任务已提出但尚未被NASA或ESA选中可以携带能够探测海卫一磁场并约束内部结构模型的磁力仪。 新的建模为任务规划者提供了优先考虑磁场测量的理由。问题不再是海卫一是否可能有磁场，而是它有多强以及它的探测将揭示冰层下隐藏的海洋的什么信息。 来源 1. Reichert, S. (2026). Magnetic field maybe. Nature Physics. https://doi.org/10.1038/s41567-026-03387-0 2. Tilke et al. (2026). [原始研究文章，引自《自然·物理》新闻与观点，目前位于付费墙后；通过访问原始文献可获取更多细节。] 婷 翻译

人脑并不是由相同电路组成的统一薄片。它在分子、解剖学和生理学上是异质的，不同区域有不同的受体密度、不同的细胞类型和不同的连接性。这种变异性传统上被视为噪声，在构建大规模大脑动力学模型时需要对其进行平均。 发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究表明，这种异质性根本不是噪音。这是一个组织原则。 尊重生物现实的模型 该团队建立了一个基于生物物理的大规模皮层模型，能够生成不同的大脑状态，从清醒状态到睡眠状态动态。与之前将所有皮质区域视为相同的模型不同，该模型纳入了源自真实生物数据的空间结构异质性：胆碱能毒蕈碱受体（CHRM）表达图谱，取自转录组（艾伦人脑图谱）和 PET 成像数据。 这些 CHRM 图被用作神经元适应和兴奋性的区域特异性调节器。该模型受到经验人体结构连接的限制，这意味着区域之间的连接反映了实际的解剖数据。 异构性提高性能 结果是违反直觉的。添加结构化生物异质性并不会降低网络性能，反而会增强网络性能。空间组织的 CHRM 地图增加了全球网络同步，并显着改善了皮质区域之间的信息流，如通过转移熵（有效连接的代理）测量的。 至关重要的是，这些影响是异质性的“空间模式”所特有的，而不仅仅是其存在。保留 CHRM 地图方差但随机化其空间分布的空模型无法重现效果。大脑分子多样性的特殊排列（受体在哪里密集）很重要。 进入睡眠和醒来的窗口 该模型还可以在类似清醒的状态下产生局部类似睡眠的慢波，这是在睡眠剥夺和早期睡眠期间在真实大脑中观察到的现象。研究小组表明，这些局部慢波的出现取决于神经元适应的区域水平和潜在的结构连接。换句话说，异质性不仅解释了大脑如何在全球范围内同步，还解释了它如何同时在某些区域处于清醒状态而在其他区域处于睡眠状态。 这意味着什么 这些发现对计算神经科学长期以来的简化提出了挑战。许多大型大脑模型将皮质区域视为功能等效的节点，仅在连接性方面有所不同。这项研究表明，每个区域的内部特性、其受体构成、其兴奋性、其分子指纹，从根本上塑造了网络的行为方式。 尤其是胆碱能系统，已成为治疗阿尔茨海默病、帕金森病和其他认知障碍药物的目标。了解 CHRM 分布如何塑造全脑动态可以了解为什么某些大脑区域更容易受到疾病中胆碱能耗竭的影响，以及为什么相同的药物根据受体集中的位置会产生不同的效果。 限制和后续步骤 该模型是平均场近似，它模拟神经元群体而不是单个细胞。虽然这是大规模建模的标准，但它无法捕获单神经元或微电路级效应。该研究使用雄性小鼠进行行为验证；胆碱能受体分布的性别差异已有报道，但尚未得到解决。 研究小组指出，相同的框架可以扩展到其他神经调节系统，去甲肾上腺素能、血清素能、多巴胺能，每个系统都有自己的空间异质性。多个受体系统如何相互作用以塑造大脑动力学的问题是下一个前沿领域。 婷 翻译 来源 1. Dalla Porta, L., Fousek, J., Destexhe, A., & Sanchez-Vives, M. V. (2026). Spatially structured heterogeneity shapes large-scale cortical dynamics in a model of the human […]

量子计算中最困难的问题之一是让量子比特保持足够长的相干时间以执行有用的操作。环境噪声、磁波动、温度变化、杂散电场，不断将量子比特推向退相干。标准方法是使用消除低频噪声的脉冲序列，但这些序列通常与用于耦合量子比特的硬件不兼容。 由Eliza Cornell、Benjamin Pingault和Marko Lončar领导的哈佛大学团队展示了一种相反的解决方案：不是对抗环境，而是拥抱机械环境。 发表在《Nature Physics》上的这项工作使用了金刚石中的单个硅空位（SiV）中心（一种自旋量子比特），并对其施加机械应变，从而创造出对低频噪声天生不敏感的”缀饰”量子态。结果是全机械相干保护，结合了800 MHz拉比频率的超快控制。 为什么是声子 大多数量子网络架构使用光子在静止量子比特之间携带量子信息。光子速度快、传播性能好，但它们有局限性：需要较大的器件占地面积，引入串扰，并且难以在芯片尺度上限制。 声子（量子化的机械振动）提供了一种替代方案。它们具有更小的器件占地面积、更低的串扰、低温下的长腔寿命，以及对固态自旋和电磁波的自然耦合。声子量子网络将在静止自旋量子比特中存储和处理信息，并使用声子在同一个芯片上的量子比特之间传输信息。 问题在于，将自旋耦合到共振声子腔同时使用动态解耦脉冲序列来抑制噪声在技术上一直不兼容，直到现在。 全机械保护 该团队的核心创新是在由施加到SiV中心的机械应变创建的缀饰基中执行所有量子操作（光学初始化、门操作和读出）。应变产生的缀饰态天然地受到低频环境噪声的保护，无需额外的脉冲序列。 这种机械缀饰与最终需要用于耦合远距离量子比特的声子腔完全兼容。保护量子比特的声子和将其连接到另一个量子比特的声子是相同的物理机制。 800 MHz的拉比频率对于自旋量子比特来说异常快，使得亚纳秒时间尺度的量子门成为可能。这对于量子纠错至关重要，因为相对于退相干时间的门速度决定了纠错是否可行。 对量子网络的影响 该结果为声子量子网络奠定了基本构建模块。下一步是演示同一芯片上分离的SiV中心之间由声子介导的双量子比特门，这是一个里程碑，将为围绕机械振动而非电磁场构建的片上量子处理器打开大门。 这项工作得到了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、帕卡德基金会和亚马逊网络服务等机构的支持。器件制造在哈佛大学纳米系统中心完成。 局限与注意事项 该演示在低温温度（稀释制冷机范围）下进行，这对于固态自旋量子比特来说是标准条件，但限制了实际部署。机械缀饰技术增加了器件制造的复杂性，需要在金刚石中进行精确的应变工程。目前的结果显示单量子比特控制；两个机械缀饰自旋之间的纠缠操作尚未得到验证。 婷 翻译 来源 1. Cornell, E., Xu, Z., Wang, Z., Warner, H. K., Mann, E., Haas, M., Maity, S., Joe, G., Jiang, L., Rabl, P., Pingault, B., & Lončar, M. (2026). All-mechanical coherence […]

中国物理学家团队发现并消除了激光驱动质子加速中一个不可见的瓶颈：激光器光栅压缩器中的微小错位（角度约100微弧度）曾悄然将性能降低一半。 这项发表在arXiv上并被《极端条件下的物质与辐射》期刊接收的研究，由北京大学紧凑型激光等离子体加速器（CLAPA）装置的吴庆帆和马文君领导。研究表明，残留角度啁啾,,超短激光脉冲中不同波长以略微不同角度到达靶标的时空耦合,,严重拉长了焦斑并降低了峰值强度。修正这一缺陷后，系统可产生的最大质子能量翻了一番。 隐藏于视线之中的问题 基于啁啾脉冲放大（CPA）技术的拍瓦级激光器依赖衍射光栅压缩器，将拉伸的激光脉冲重新压缩至数十飞秒。对准容差极为严格。研究发现，即使约100微弧度的光栅错位,,大约相当于一臂距离处人类头发丝宽度的百分之一,,也足以引入残留角度啁啾，从而大幅拉长焦斑并急剧降低靶标上的峰值强度。 结果是：质子截止能量（即加速质子所能达到的最大能量）被限制在系统本应达到水平的大约一半。 行之有效的诊断方法 研究团队开发了一种原位光谱阻断诊断方法，用于测量残留角度啁啾。通过在压缩器输出端选择性地阻断部分激光光谱并测量由此产生的焦斑位移，他们能够量化错位程度并指导实时校正。 应用校正后，焦斑恢复到接近衍射极限的质量，靶标强度恢复，质子截止能量翻倍。这种方法足够简单，可作为标准诊断手段在世界各地的其他拍瓦级激光装置中推广应用。 对癌症治疗的意义 激光驱动质子加速作为传统回旋加速器质子治疗的潜在替代方案，已被研究二十余年。传统质子治疗需要庞大且昂贵的加速器设施。激光驱动质子源的 promise 在于，它可能足够紧凑以放置在医院地下室，以极低的成本提供癌症治疗所需的质子束。 然而，达到临床使用所需的质子能量（通常为100至250 MeV）一直极为困难。本文发现了一个具体且可修正的限制因素，该因素在至少一个PW级系统中不知不觉地抑制了性能,,而修复方法既不是新型激光器也不是特殊靶材设计，而是任何设施都可以部署的诊断方法。 更广泛的背景 北京大学的CLAPA装置设计为一个两阶段项目。第一阶段旨在产生100 MeV质子束，脉冲包含超过10⁹个粒子且能量可连续调节。第二阶段目标是200 MeV,,一个具有治疗意义的能量。本研究展示的角度啁啾校正直接推动了这一目标的实现。 这项工作的意义还超出了医学领域。激光驱动离子束正在被开发用于惯性约束聚变中的快点火、致密材料的质子照相以及医疗成像用放射性同位素生产。所有这些应用都依赖于最大化加速质子束的能量和质量。 局限性与注意事项 该实验仅在单一拍瓦级激光系统上进行。虽然角度啁啾问题可能普遍存在于基于CPA的PW激光器中，但效应的幅度和具体的校正方法会因装置而异。质子截止能量的翻倍仅在一个装置的一套条件下得到验证。 此外，本研究涉及一种特定的时空耦合,,角度啁啾,,但其他耦合（空间啁啾、脉冲前沿倾斜、时间偏斜）也可能降低PW激光器的性能，此处未进行系统研究。该诊断方法专门针对角度啁啾。 本文已被MRE接收，但尚未分配期刊卷号和页码。作为已被接收的预印本，其结果比原始arXiv投稿更具分量，但尚未完成最终的期刊出版流程。 来源 1. Wu， Q.， Wu， M.， Zhao， J.， Gao， Y.， Chen， H.， Song， T.， Zhang， Z.， Wu， Z.， Liang， T.， Xu， S.， Peng， Z.， Zhang， H.， Xu， T.， Han， Q.， Hua， C.， […]

美国研究界以创纪录的反对声音回应了其所认为的对联邦科学事业的生存威胁。截至7月13日截止日期，超过34万条评论被提交至白宫管理和预算办公室（OMB），其中包括美国大学协会（AAU）长达47页的回应，这是该协会126年历史上最长的一份。 争议焦点是OMB于5月29日发布的一份412页提案，该提案将以科学家认为将从根本上破坏美国科学资助方式的方式重组联邦研究拨款制度。该提案将允许政治任命官员审查并推翻机构关于资助哪些科学的决定，允许任意终止现有拨款，并禁止与中国及许多其他国家的研究合作。 提案内容 这些条款超出了以往任何一届政府重塑联邦研究资助的尝试。根据拟议规则： OMB及各机构的政治任命官员将有权审查个人拨款决定，并阻止他们认为有异议的研究资金。 现有拨款可能被无故终止，正在进行的研究没有宽限期。 国际合作，特别是与中国，但也包括一系列其他国家，将被禁止或严格限制。 法规将在最终确定后立即生效，没有过渡期。 代表71所领先美国和加拿大研究型大学的AAU在其47页的意见书中辩称，OMB缺乏法律权威来定义哪些类别的科学研究可以获得联邦资助、限制国会授权的国际学术合作，或将获得联邦资金的条件限定为”在民权法、科学探究以及关于国家利益的武断和政治决定方面的有争议立场”。 他们亲口诉说的人道代价 个人评论者直言不讳。 “如果我不知道真相，我会以为你们是中国特工，试图摧毁美国的技术优势，”退休科学家Joseph Savina写道。 “作为一名在国防工业工作的执业物理学家，我可以自信地说，通过这项规则将保证欧洲和中国在科学和军事上的主导地位持续数代人，”Jonathan Rameau写道。 但最详细的警告来自进行临床试验的研究人员。杜克大学的视觉研究员Cynthia Toth解释说，她所在领域的临床科学家通过国际网络汇集病例，这些患者群体规模小，需要全球合作才能获得统计学上有意义的样本量。”按照目前的写法，这些条款将阻碍美国医学知识和医疗保健的进步，”她写道。 她警告说，突然终止拨款的规定将对招募儿童参加临床试验产生”毁灭性影响”，如果研究在几乎没有通知的情况下被叫停，可能会危及患者。 对临床研究的直接威胁 临床试验的问题并非理论上的。许多药物和设备试验通过国立卫生研究院（NIH）的联邦拨款获得资金，具有多年时间线和与特定资助期挂钩的机构审查委员会批准。突然终止将使治疗中的患者没有明确的延续途径。该提案没有包含在拨款因政治原因被终止时将患者过渡到替代护理的机制。 这些条款还将目标对准了关于多样性、公平性和包容性的研究，在提案中被描述为”woke”举措，明确针对OMB政治任命官员认为在意识形态上不可接受的项目。 支持者持不同看法 该提案有其捍卫者。参议员Jim Banks（共和党-印第安纳州）提交了一份评论，辩称”纳税人的钱被用于支持非法活动”，并且”OMB有明确的法律权威拒绝为这些项目提供联邦资金”。传统基金会的Mike Gonzalez，该基金会的Project 2025框架支撑了政府许多科学政策行动，写道：”这项通知将关闭全国范围内用于左翼恶作剧的数百万美元联邦支出。所以他们当然不喜欢它。” 后续发展 OMB官员表示，他们打算在2026年10月1日前最终确定这些规则。截至本文发稿时，该机构仅公布了34万多条评论中的5.2万条，使得公众记录的整体情绪难以全面评估。 下一个战场是国会。科学倡导者希望在拨款法案中加入阻止OMB实施这些规则的措辞，这一策略在以往政府试图通过行政行动重塑拨款政策时曾奏效。但由于立法者预计要到11月大选后才能完成拨款工作，时间安排不利。 AAU要求如果规则继续推进，至少延迟一年实施，认为立即实施将给整个研究系统带来混乱。OMB尚未回应这一要求。 对于科学界来说，34万条评论传达的信息是明确的：研究人员完全清楚其中的利害关系，他们不会默默退让。 婷 翻译 来源 1. Mervis， J. (2026， July 14). U.S. researchers outraged at proposed changes to federal grants. Science (AAAS). https://www.science.org/content/article/u-s-researchers-outraged-proposed-changes-federal-grants 2. Association of […]