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科学家首获“量子超化学”实验室证据同一量子态粒子集体发生加速反应现象

科技日报2023 年8 月8 日报道，美国芝加哥大学科学家宣布，理论预测20 年后，他们首次在实验室观测到“量子超化学”现象，即同一量子态的粒子集体发生加速反应的现象。相关论文发表于最新一期《自然·物理学》杂志。

研究负责人金政教授对科技日报记者表示：“这一新研究有望开辟‘量子增强’化学反应这一新领域，促进量子化学、量子计算等发展，也有助科学家更好地研究宇宙定律。”

金政指出，他的团队专门研究在极低温度下保存的粒子。在接近绝对零度时，粒子可“手牵手”，处于同一量子态，表现出不同寻常的能力和行为。此前，科学家提出理论称，一组处于相同量子态的原子和分子在化学反应中会表现出集体加速的行为，但科学家们此前从未观察到这一现象。

在最新研究中，金政团队冷却了铯原子，并将它们诱导到相同量子态，随后观察原子发生反应形成铯分子。在普通化学反应中，单个原子会彼此碰撞，每次碰撞都可能随机形成一个分子。但量子力学预测，处于相同量子态的原子会集体行动，如此一来会出现两个后果：一是反应发生得更快，事实上，原子越多，反应就越快；二是最终得到的分子会共享特定的量子态。

金政团队首次观测到处于同一量子态的粒子集体发生加速反应的现象。他解释道：“处于不同状态的相同分子可能拥有不同的物理和化学性质，有时科学家们需要在特定状态下制备一批分子，利用传统化学方法很难做到这一点，但他们的最新技术，可以将分子快速引导到相同的状态。”

最新实验使用简单的双原子分子，包括张振东博士等在内的研究团队计划利用最新方法，处理更大、更复杂的分子。他们设想在量子计算机或量子信息处理中使用此类分子作为量子比特。也有科学家正在探索利用这一现象更精确测量一些基本定律和相互作用，如宇宙学基本定律对称性破缺等。

（来源：科技日报）

理论预测的“恶魔”粒子首次现身可助揭示超导体工作原理

科技日报2023 年8 月10 日报道，理论预测67年后，美国和日本的科学家首次在钌酸锶内部发现了名为“恶魔”的粒子。这一发现或可解释为什么某些材料是超导体，并有助科学家寻找新的超导材料。相关论文发表于2023 年8 月9 日出版的《自然》杂志。

该粒子是一种等离子体激元，产生于名为等离子体的带电粒子。当电子从原子中自由“漂浮”出来时，就会形成等离子体。等离子体激元是等离子体内的集体振动，其行为就像一个粒子，这种“准粒子”在金属反射和吸收光等方面发挥关键作用。

1956年，美国物理学家大卫·派因斯首次提出了一种由两种不同能量的等离子体以不同频率振荡产生的等离子体激元，称其为“独特的电子运动”或“恶魔”，并预测它将具有多种特性：对光不可见、电中性、行为表现类似声音等。这些特征有助揭示超导性，以及金属纳米颗粒与光如何相互作用。

在最新研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校彼得·阿巴蒙特领导的团队，首次在钌酸锶这一超导晶体内发现了“恶魔”。为做到这一点，他们将电子从晶体上弹开，并以极高精度测量其获得或损失的能量，然后利用这一微小的能量变化计算晶体内“恶魔”的动量，结果与派因斯的预测非常吻合。

这种“恶魔”粒子或许也能解释超导性是如何产生的。获得诺贝尔奖的BCS 理论（以三位发现者名字的首字母命名）是解释常规超导体超导性的微观理论，其认为电子可配对并在零电阻情况下四处移动，这些成对电子可通过声音准粒子“声子”相互作用。但也有人认为，它们能通过“恶魔”粒子相互作用。阿巴蒙特表示，最新研究可能暗示了情况确实如此。

（来源：科技日报）

太空中首次发现氨基酸重要成分碳酸 有助揭示地球生命如何形成

据英国《新科学家》杂志网站2023 年8 月1 日报道，西班牙科学家首次在银河系中心附近的一团气体内，发现了氨基酸的重要成分碳酸，这可能有助于揭示地球上的生命是如何形成的。

碳酸在人们的呼吸系统中发挥着关键作用，其将二氧化碳从血液转移到肺部，以便呼出；也在大气和地质过程中发挥至关重要的作用，有助于维持地球生命的繁衍生息。

在太空中找到碳酸可帮助解释生命在地球上是如何形成的，但科学家们此前只在太空中发现了最简单的甲酸和乙酸。

在最新研究中，西班牙天体生物学中心研究团队首次在名为G+0.693-0.027 的气体和尘埃云中发现了碳酸，这团气体和尘埃云靠近银河系中心，距地约10万光年。

为找到碳酸，研究团队使用西班牙Yebes望远镜和IRAM射电望远镜，寻找来自G+0.693-0.027的光，随后与之前实验室对碳酸的测量结果进行对比。

研究人员认为，这种酸可能是在云中的冰粒内形成的。当这些颗粒以某种方式受到干扰时，碳酸就会以气体的形式释放出来。一旦进入气相，它就会旋转并以精确的频率发射光子。这使科学家们能够收集到光谱，并将这些数据与实验室测量结果进行比较。

（来源：科技日报）

突破性工艺更快制造非天然氨基酸

科技日报2023年8月2日报道，美国匹兹堡大学科学家在最新一期《科学》杂志上，描述了一种创造非天然氨基酸的新方法，最新方法有望催生基于蛋白质的疗法，并将有望开辟有机化学的新分支。

研究团队指出，只改变一个较大蛋白质的一部分，就可改变它的形状和作用。因此，非天然氨基酸有望开辟新用途，如利用蛋白质或其较小“表亲”制成抗生素或免疫抑制剂。但在实验室中创建非天然氨基酸任务繁重且需要很多步骤，当研究人员对分子的其余部分进行化学转化时，必须保护相互连接形成蛋白质链的氨基酸片段。

新论文描述的反应更简单、更有效，为化学家提供了前所未有的方法来控制原子团在最终分子中的位置。此外，最新方法还以一种不同寻常的方式使用了一种化学工具：PLP 酶。酶是催化反应的蛋白质，可加快已知的化学过程，但与光敏分子催化剂强强联手，新反应中的酶可实现远不止这些。研究人员表示，对自然和化学领域来说，这都是一个全新的反应，也是全新的转变。

团队使用超级计算机模拟来计算原子和电子层面的化学反应中发生的复杂“舞蹈”。他们深入研究了相关数据，以了解反应是如何发生的及为什么发生，并找出了化学家看不见的中间步骤。

（来源：科技日报）

科学家开辟通向奇异超导新途径

2023年8月9日，据最新一期《物理评论快报》报道，美国埃默里大学物理学家确定了一种被称为对密度波的振荡超导电性形成机制，为人们对某些材料（包括高温超导体）中出现的非常规高温超导状态提供了新见解。

研究人员表示，范霍夫奇点结构可产生超导的调制、振荡状态，新研究为理解这种行为的出现提供了一个新的理论框架。

1911 年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯首次发现汞的电阻在-269 ℃（比绝对零度高4 ℃）时急剧下降。汞以其超强的导电能力成为第一个超导体。1957 年，科学家们才对超导是什么及为何发生进行了解释，创立了BCS理论，表明超导性是电子配对的结果，这种配对方式可避免电子在移动时产生电阻。

新研究的重点之一是电子之间的相互作用如何导致了无法用BCS 理论解释的超导电性形式。这种奇异现象的一个例子是振荡超导电性，当成对的电子以波的形式“跳舞”时，振幅就会发生变化。

研究人员调查了范霍夫奇点的具体性质，范霍夫奇点是许多电子态在能量上变得接近的结构。该项目揭示了范霍夫奇点可能具有合适的物理特性来“孕育”振荡的超导电性。团队深入研究后发现了一种机制，可让范霍夫奇点产生这些超导电性的舞动波态。

（来源：科技日报）

我国首次将AI技术规模化用于输电线路发热检测

记者2023 年8 月11 日从华北电力大学获悉，由国网电力空间技术有限公司联合该校等单位研发的输电线路红外缺陷智能识别系统，近日在我国主要超特高压线路运维方面实现产业化应用。这是国内首次将人工智能（AI）技术规模化应用于输电线路发热检测。

据介绍，迎峰度夏期间，全国气温不断升高，电力负荷急剧增加。为保障电网安全稳定运行，要及时发现线路缺陷隐患。然而，以往用人工智能识别红外影像数据的流程比较复杂，且需由人工现场判别画面中的发热故障点，易受检修人员经验、注意力等因素的影响而造成遗漏；此外，红外视频数据量庞大，复检工作难度极大且效率低下，易造成绝缘子掉串等危险事件。而利用新研发的输电线路红外缺陷智能识别系统，仅需一键上传巡检红外视频就能快速抽帧并智能识别发热缺陷，可辅助线路运维单位及时消除线路跳闸停电的隐患。

据介绍，目前该系统在国网电力空间技术有限公司部署应用，系国内首次将人工智能技术规模化应用于输电线路发热检测。以240 基杆塔的红外视频为例，传统人工数据复核需要5 个小时，现在采用该系统，从上传视频到完成分析只需要2个小时，且过程中无须人工干预。

（来源：科技日报）

国内最大直径双模盾构机始发

记者从中铁隧道局获悉，2023 年8 月8 日上午，国内最大直径土压/TBM（全断面硬岩隧道掘进）双模盾构机“永安号”在珠肇高铁圭峰山隧道段顺利始发，标志着珠肇高铁建设工程全线进入盾构施工阶段。

珠肇高铁连接广东省珠海市与肇庆市，途经江门、佛山，圭峰山隧道位于江门至珠三角枢纽机场段，是珠肇高铁的全线控制性工程。

据中铁隧道局介绍，“永安号”是为圭峰山隧道量身打造的超大直径双模盾构机，开挖直径14.29米，约相当于5层楼高。“永安号”承担圭峰山隧道盾构段3 963.5米施工任务，盾构和TBM 两种掘进模式能够快速切换，可实现在软土和硬岩中的安全、高效掘进。

“永安号”设计突出智能化施工理念，搭载了超前地质预报系统、刀具磨损监测系统、渣土体积测量系统等，配备土仓可视化、油液监测、振动监测预警等功能。同时，该项目打造智慧管控中心，研发盾构智能互联项目协同管控应用系统，为“永安号”双模盾构掘进保驾护航。

按照中铁隧道局施工计划，“永安号”在圭峰山隧道2 号竖井始发后，将依次下穿广珠铁路、珠三角环线高速、江门城镇，最终抵达2 号拆解洞，完成全部“地下之旅”，为超大直径双模盾构施工提供经验和样板。珠肇高铁建成通车后，将串联江门站与珠三角枢纽机场，实现轨道与航空无缝衔接，项目沿线的珠三角主要城市均将实现1 小时通达，对珠三角地区城市发展具有重要意义。

（来源：科技日报）