前沿掃描六則

247仄秒！短時測量世界紀錄誕生

1999 年，埃及化學家艾哈邁德·澤維爾因使用飛秒（10-15秒）化學技術，觀察到分子中的原子在化學反應中如何運動而榮膺諾貝爾化學獎。日前，德國科學家首次研究了一個發生時長比飛秒短得多的過程——他們測量出光子穿過氫分子所花費的平均時間為247 仄秒（10-21秒），這是迄今科學家成功測量的最短時間，有望幫助科學家更好地理解化學過程。在最新研究中，歌德大學研究人員用漢堡加速器設施電子同步加速器上的激光源PETRA Ⅲ發出的X 射線照射氫分子，對其開展時間測量。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，會在氫分子的電子云中產生電子波，這些電子波的波峰和波谷相遇時會相互抵消，形成所謂的干涉圖像，他們借此可以計算電子從一個原子到下一個原子所需的時間。

擠壓細胞可加速分裂生長

麻省理工學院和波士頓兒童醫院的一項最新研究發現，物理擠壓細胞及其內含物，可以使細胞的生長和分裂速度超過正常水平。為了研究物理擠壓對細胞的影響，研究人員使用不同質量的凝膠對不同類型的細胞進行擠壓。報道稱，這可使細胞大小發生顯著改變，體積壓縮到原體積的10%～30%。他們通過顯微鏡觀察發現，細胞會隨著壓力的增加而變硬，被擠壓的細胞內含物更緊密，活動更少。研究結果表明，那些被擠壓的類器官比沒有被擠壓的類器官生長得更大、更快，其表面也有更多干細胞。這證明擠壓確實影響類器官生長，細胞的行為可能會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試各種疾病候選藥物的途徑，而且可應用于再生醫學的器官移植。

迄今“最安靜”半導體量子比特問世

為使量子計算機執行有用的計算，由量子比特編碼的量子信息的精確度必須盡量達到100%。由硅內原子的電子制成的量子比特，有助于科學家研制出大規模量子計算機，但硅材料內的缺陷會引起電荷噪音，干擾量子信息，影響其準確性。鑒于此，澳大利亞新南威爾士大學德維克·克蘭茲團隊通過減少硅芯片內的雜質，并使其內的磷原子遠離產生大多數噪音的表面和交界面，創造出了迄今“最安靜”——噪音最低的半導體量子比特。此外，研究人員表示，為執行大規模量子計算所需的無差錯計算，兩量子比特門——任何量子計算機的核心構件的準確性要求超過99%。為達到這一保真度閾值，量子操作需要穩定且快速，米歇爾·西蒙斯團隊最近證明，他們可以在1微秒內讀出量子比特。

全新磁驅動高速軟體機器人問世

對于自然界的生物而言，高速行動對捕獵、逃跑和飛行至關重要。這一點對于軟體機器人也一樣有用，因為它可以幫助機器人捕捉快速移動的物體，并對周圍動態環境迅速作出反應。近日，歐洲科學家團隊研發出一種磁驅動的新型高速軟體機器人。他們在機器人體內嵌入微小的磁體，快速響應磁場，使機器人可以根據它們具體的形狀移動。在演示中，機器人可高速完成行走、游泳、漂浮和捕捉活體蒼蠅等運動。研究人員表示，這種設計取得了迄今已報道的軟體機器人最高的比能量密度，這對于低磁場下的高速驅動很關鍵。這種機器人將在生物組織工程與生物力學領域得到廣泛應用。

最近距離圍觀恒星被黑洞撕成“意大利面條”

日前，天文學家通過位于智利的歐洲南方天文臺望遠鏡觀測到，在2.15億光年外的波江座螺旋星系中，一顆恒星被一個超大質量黑洞撕裂并吞噬（當一顆不幸的恒星與星系中心的超大質量黑洞距離太近時，黑洞的極強引力會將恒星撕成細薄的物質流，這些物質流就像意大利面條一般。當這些細細的、薄薄的恒星物質落入黑洞時，會釋放出明亮的高能耀斑，并被天文學家探測到）。這是迄今為止天文學家看到的距離最近的恒星“臨終”燃燒過程。恒星被撕成“意大利面條”這種事件十分罕見，也很難研究。一般來說，當黑洞吞噬恒星時，可以向外發射出強烈的物質沖擊波。這種強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，從而阻礙了科學家的觀測視線。

36千米/秒！聲波最大速度上限算出

聲波可通過不同介質傳播，而且不同介質內聲波的傳播速度也不同，其在固體內比在液體或氣體內“跑得更快”。英國科學家近日聲稱，他們在固態氫原子內發現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等多領域受益。研究發現，聲速的上限取決于兩個基本常數：精細結構常數和質子-電子質量比。研究人員解釋稱，這兩個常數對于我們理解宇宙也至關重要。比如，這兩個常數掌控著核反應，如質子衰變和恒星內的核合成。而且，這兩個數值間的平衡提供了一個狹窄的“宜居區域”——在該區域內，恒星和行星得以形成，生命的分子結構也悄然出現。此外，其他新發現還表明，這兩個基本常數還可以限制特定材料屬性（如聲速）的數值，影響材料學和凝聚態物理等科學領域。