科技报道集锦
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- 刘海明 发表于
- 【案例】揭秘最古老恒星的“光谱之王”LAMOST，未来如何进阶？｜重器风华【开栏语】习近平总书记在广东视察时强调，实现高水平科技自立自强，是中国式现代化建设的关键。科技创新对当今中国而言，不仅是发展问题，也是生存问题。然而，推动重大科技创新的利器，要不来，买不来，讨不来。工欲善其事，必先利其器。发展建设国之重器，对推动我国经济科技高质量发展、保障国家安全意义十分重大。中国智慧何以打造国之重器？即日起，南方+客户端推出《重器风华》系列主题报道，立足尖端科研、重大基建、健康保障等领域，探访一系列大国重器建设现场，对话参与建设的当事人、亲历者，解码大国重器的“硬核秘籍”。敬请垂注！日前，中国科学院国家天文台研究员赵刚团队观测到了一颗古老的特殊恒星，首次证实了第一代恒星的质量可以达到260倍太阳质量，对恒星考古意义非凡。这一发现的“幕后功臣”，便是专注于光谱观测的郭守敬望远镜（LAMOST）。LAMOST，为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文简称，是中国天文学家自主研制的大视场兼大口径的新型光学望远镜。LAMOST发布光谱数和恒星参数星表数量已连续十年稳居世界第一，它通过亮眼的观测成绩，久居世界“光谱之王”的位置。
十年巡天，遍览星河。回顾LAMOST观星历程，它取得了哪些重要成就？推动了哪些重要的天文发现？已取得丰硕成果的它，未来又将走向何方？南方+记者专访LAMOST运行和发展中心常务副主任、中国科学院国家天文台研究员赵永恒带来独家解读，并邀请了中国科学院国家天文台副研究员邢千帆分享其依托LAMOST数据发现的最新成果。
01最新研究：LAMOST揭秘宇宙最古老恒星遗迹近日，一篇发布在《自然》上的研究为天文学家恒星“考古”带来了新进展。中国科学院国家天文台研究员赵刚团队在银河系晕的一颗特殊恒星中，发现了260倍太阳质量的第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的“对不稳定超新星”（PISN）存在的化学证据。这项研究的发现离不开LAMOST获得的海量光谱数据。光谱如何与恒星研究产生联系？光谱就像物体的名片，它可以告诉我们物体的组成成分。比如，通过分析太阳光，我们可以知道太阳由哪些元素组成。根据光谱来鉴别物质并确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。当光谱分析应用于天文学，结合LAMOST获取的恒星光谱，便可以帮助科学家探索恒星的元素组成和元素丰度。该论文第一作者邢千帆提到，上世纪六十年代，“第一代恒星质量可以达到太阳质量的数百倍”的理论猜想已被提出，但人们一直未能从观测上发现相关证据。这是因为第一代恒星的寿命太“短”， 直接观测到第一代恒星的难度极大，直到今天，天文学家仍未在观测上真正看到过第一代恒星。“早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。”邢千帆说。超新星爆发，即某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。此过程将会反应产生新的金属元素，这些释放的金属元素被第二代恒星继承并保留了下来。“在LAMOST获得的500万条光谱数据中，我们挑选了5000多颗镁元素含量异常低的恒星。之后通过与日本昴星团望远镜开展联合观测，研究团队基于高分辨率光谱数据，从这些恒星中找到了这颗特殊的恒星，并确认了其中钠、锰、钴等十几种元素的含量。”邢千帆说，“这颗恒星的种种化学基因特征与PISN理论计算结果高度吻合。因此，天文学家认为这是一颗保留了PISN化学遗迹的贫金属星，为一直以来未能露面的第一代超大质量恒星及其演化形成的PISN提供了清晰的观测证据。”邢千帆表示，它是现在能够直接观测到的最古老的恒星，数量极其稀少。得益于LAMOST极高的光谱获取效率，天文学家对银河系开展了人口普查式的巡天，获取了大量的恒星光谱数据，增加了光谱样本覆盖到特殊恒星的概率，让天文学家有幸能够找到这颗罕见的恒星。只有对恒星的观测覆盖面足够广，才能更全面地了解银河系历史。邢千帆表示，有些恒星在银河系边缘，覆盖到这些恒星难度比较高。“这时，就需要LAMOST的普查本领，帮助我们发现更多边缘的恒星。”02十年回顾：斩获千万量级光谱，为银河系“画像”上述研究发现，仅是LAMOST相关研究成果的冰山一角。LAMOST兢兢业业地观测着银河系中的星星，不断刷新着光谱数据的世界纪录，天文学家借此为银河系“画像”，让我们有机会一窥银河系的更多秘密。
在十多年前，银河系只有较少的天体获得过光谱数据。LAMOST在设计时的技术创新——4000根光纤并行可控的快速定位技术，使LAMOST成为全世界光谱获取率最高的望远镜。它可以同时观测几千个天体，在科学上开创了大规模光谱巡天的先河。LAMOST在完成为期一年的先导巡天后，于2012年9月28日正式开启了第一期五年巡天，一步步走上了“光谱之王”的位置。巡天第七年，LAMOST获取光谱数据量达到约1125万，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目，这对LAMOST巡天而言是具有划时代意义的里程碑事件。2023年3月31日，中国科学院国家天文台发布了LAMOST自先导巡天至2022年6月观测获取的光谱数据共2229万条，其中，中、低分辨率光谱均突破千万。LAMOST成为世界上首个发布光谱数突破两千万的巡天项目。LAMOST创造了多个世界纪录，其发布的光谱数和恒星参数星表数量，迄今已连续十年稳居国际第一。“天文是一个观测学科，只有看得足够多，才能找到里边各种好玩的、奇怪的事物。”赵永恒说。LAMOST两千万量级的光谱数据对于绘制银河系“画像”意义重大。借助LAMOST，天文学家不断获得新的发现，刷新着人类对银河系的认知。如何找到银河系中的 “星际移民”？依托LAMOST的数据，天文学家揭开了银河系内重元素（金、铕、铀等）超量恒星的“身世”之谜，为基于化学DNA识别银河系中的“星际移民”提供了新的线索。银河系“小时候”是什么样子？它是如何“长大”的？天文学家利用LAMOST的光谱数据和欧空局盖亚卫星（Gaia）观测到的恒星位置、距离和运动数据，获取了银河系迄今最为精确的25万恒星的年龄信息，从时间轴上清晰还原了银河系幼年和青少年时期的成长史，刷新了人们对银河系早期形成历史的认知。银河系家园有多大？天文学家借助LAMOST数据两次刷新了银盘的大小，发现人类居住的家园银河系比之前认识的大了一倍。银河系晕长啥样？LAMOST大样本的光谱数据给出了答案——银晕是个内扁外圆的“胖子”。除了为银河系“画像”，LAMOST也帮助天文学家搜寻着茫茫星海中那一抹特殊星光。如上文中提到的，目前观测到的最古老的、保留了PISN化学遗迹的贫金属星；还有，天文学家通过LAMOST的观测数据发现了一颗当时人类已知锂元素丰度最高的恒星，被称为“宇宙最大的充电宝”。偶尔，LAMOST也会极力远望，看向宇宙深处。它发现了4.2万余颗类星体，并估算出其中心黑洞的质量，对河外星系的研究同样作了重要贡献……03来日可期：LAMOST有望创造上亿量级光谱纪录回首过往，LAMOST记录和见证了我国第一个天文类重大科技基础设施的发展历程。在LAMOST成绩斐然之时，再次回顾它的成长经历，对今后规划大科学装置有着重要意义。“2009年，LAMOST通过国家验收，此后便进入了精密调试和科学试观测。试观测就是用来判断它的科学目标是否合理。”赵永恒说，“在2011年，LAMOST开始了为期一年左右的先导巡天，此时，我们一直在和科学家们讨论，这台望远镜的观测时间该如何分配。最终决定将立项时的核心科学目标进行调整，研究银河系结构和演化被调整为第一核心科学目标。”因为在当时，世界上还未有过大规模银河系巡天，若是专注于银河系巡天，LAMOST有望在该领做出最出色的观测成果。“这并非意味着其他观测任务不再进行，但是观测的时间分配和侧重点发生了变化。”赵永恒说。从1996年项目启动到2011年先导巡天，十五年间，天文科学研究一直发生着变化。进入21世纪以来，银河系研究掀起了全球性高潮，在此机遇下，LAMOST银河系巡天的数据价值日益凸显。自LAMOST方案设计初期便参与其中的赵永恒评价，验收后的十年，这座巍峨的LAMOST走过调试的艰辛，跨越测试的难关，蹚出了一条从无到有的巡天之路。无论在获取光谱数据量还是高显示度的研究成果方面，它都交上了一份收获颇丰的答卷。过去的答卷如此精彩，LAMOST能否延续辉煌，甚至创造新的奇迹？如今，LAMOST二期正筹划着搬家——跨越2500公里去青海冷湖。1958年，北京天文台第一任台长程茂兰筹划在北京周边兴建天文台，北京周边的兴隆晴夜数多、夜天光背景暗、大气稳定，符合台址要求。因此，上世纪60年代初便在兴隆建观测站。2008年，LAMOST也落户兴隆。无奈随着时间的推移，兴隆站发生了不少变化，影响了天文观测的效果。“一方面由于气候变化，如今兴隆的晴夜数在减少，这意味着可用于天文观测的时间变少了；另一方面，兴隆县城越来越亮，光污染变强，这就导致许多暗的星星看不到了。以上种种因素削弱了LAMOST的科学效能。”赵永恒说。而冷湖拥有大量的晴朗夜空，并进行了暗夜保护，可以称得上是一片“天文沃土”。除此以外，还有一个重要因素，那便是冷湖绝佳的视宁度可到达世界级水平。光学视宁度无疑是天文观测中最受关注的台址参数。视宁度反映了大气的稳定性，通俗来说，视宁度越好（数值低），大气就越稳定，星星眨眼越慢，这时星象就越清晰。“兴隆的视宁度平均2角秒，而冷湖的视宁度在0.75角秒附近，与目前公认的最佳天文台选址夏威夷大岛天文台的水平相当。”赵永恒说。如果搬去冷湖，有望让LAMOST的光纤数量有望破万。赵永恒解释：“冷湖的视宁度优于兴隆两倍多，相当于星象清晰了两倍多。目前，在兴隆的16台光谱仪能放4000光纤，搬过去时可换成1角秒光纤，光纤变细，那么数量就能翻倍到8000。”如此大体量的望远镜，搬家难度高吗？事实上，LAMOST在最初设计时就具备前瞻性，考虑到了未来可能换址的情况。“现在LAMOST的61块1.1米六角形光学镜面都是拼接组合，每年做镀膜时会进行拆装。搬家相当于各部件拆分后换地方组装，难度不算高。”赵永恒说。若是搬迁后，LAMOST光谱仪的数量拓展、望远镜口径提升，LAMOST的巡天效率将进一步提高。最终，巡天规模有望实现从千万条光谱突破至上亿条光谱。“千万级的光谱数据纪录由中国创造，希望未来上亿的光谱数据也由我们创造。”赵永恒展望，“现在，LAMOST处在光谱巡天望远镜的国际第一梯队，大家都是你追我赶的状态。若LAMOST搬迁后的扩建设想得以实现，它将在世界上处于绝对领先优势，可以做到力压群雄。”来源：南方plus编辑：洪韵
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【案例】
来源：微信分享
编辑：程正元
- 刘海明 发表于
- 【案例】银河系里的这些恒星，正在相互吞噬，然后变得更年轻
围绕银河星中心黑洞旋转的恒星（ESO/L. Calçada/Spaceengine.org）邻居是个老妖精，会吃掉其他人，好让自己永葆青春——结果老妖精被魔法反噬了。撰文 | 冬鸢审校 | 不周和许多星系一样，我们的银河系中心也有一个巨大的黑洞——Sgr A*，其质量为太阳的400多万倍。它巨大的引力让大量的恒星聚集在自己周围，并绕着自己飞速旋转。这些恒星都是这个黑洞潜在的“食物”，或许终有一天会成为它的一部分。
Sgr A*的偏振图像（图片来源：EHT Collaboration, CC BY 4.0）这也使得Sgr A*周围的宇宙空间变得异常拥挤。“距离太阳最近的恒星大约有4光年远，但在Sgr A*附近相同的距离内，有超过一百万颗恒星，”美国西北大学（Northwestern University）的天体物理学博士后研究员萨纳亚·罗斯（Sanaea Rose）说道。不该存在的年轻恒星这里的恒星大多质量很小、很暗且很古老。“黑洞附近的环境并不适合新恒星的形成，”加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的物理和天文学教授安德烈娅·盖兹（Andrea Chez）说，“黑洞往往会把周围的东西撕成碎片。但恒星形成需要一个温和的环境，让脆弱的气体尘埃云在自身引力的作用下坍缩。”而黑洞的引潮力会阻碍气体聚集，“你很难想象在这样的环境下，恒星该怎样形成。”盖兹补充道。但令天文学家感到困惑的是，他们也在Sgr A*附近观测到了一些很亮的，貌似是新形成的年轻恒星，比如去年发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上的一项研究，就报告了Sgr A*附近一颗仅有几万岁的“婴儿”恒星——年龄比人类在地球上的历史还短。天文学家将这一现象叫做“年轻悖论”（paradox of youth），即黑洞周围不应该有十分年轻的恒星，但研究者确实观测到了它们。
银河系中心的星团和气体云（图片来源：ESO/S. Gillessen et al.）对此，天文学家提出了各种不同的解释。有研究认为，这些年轻恒星是在距黑洞较远的位置形成的，因为一些偶然因素在短时间内迁移到了黑洞附近；也有研究认为，黑洞附近一些区域的环境可能相对温和，适合新的恒星形成。上文提到的那颗 “婴儿”恒星的发现者就认为，这颗恒星形成于黑洞周围相对温和的环境中，然后迁移到了更靠近黑洞的位置。而关于“年轻悖论”的第三种猜想则比较黑暗：这些所谓的“年轻”恒星其实并不年轻，它们是因为“吞噬”了附近的其它恒星，所以看起来更年轻了。猛烈地击个掌要解释它们为何会“吞噬”其它恒星，又如何变年轻，我们需要先理解这些恒星间紧张的“邻里关系“——黑洞引力让这些扎堆的恒星以每秒成百上千千米的速度运动。在这样的环境里，恒星之间很难不发生摩擦和碰撞。“这就像在高峰时段的地铁站里奔跑，就算你不撞到别人，也经常会和别人擦肩而过。而对于恒星来说，就算是‘擦肩而过’也能导致它们通过引力发生相互作用，”罗斯说道。为了探究摩擦和碰撞对这些恒星的影响， 罗斯和同事使用新模型追踪了1000颗模拟恒星绕Sgr A*运行的旅程。她们发现，在距黑洞0.1秒差距（1秒差距约等于3.26光年）的范围内，任何和我们的太阳质量差不多的恒星，在其生命旅程里都会经历至少一次碰撞。当恒星非常靠近黑洞时（0.01秒差距范围内），它们的运行速度能达到每秒上千千米，此时恒星间的碰撞和摩擦十分频繁和剧烈。迎头相撞的两颗恒星，可能直接被摧毁。但许多情况下，恒星只是插肩而过，这样的撞击并不会摧毁它们，但会让它们损失一部分质量。“它们互相擦过，然后继续前进，就像猛烈地击了个掌。”罗斯说，“这会导致恒星喷射出一些物质，损失掉外层质量。至于具体会损失多少质量，与它们移动的速度和碰撞时的重叠程度相关。这些碰撞导致黑洞周围出现了一群奇怪的、被剥离了外层的、低质量的恒星。”但在距黑洞稍远一点的地方，是另一番景象。吃掉你，让我变年轻在距黑洞0.01秒差距到0.1秒差距的范围甚至更远的地方，恒星运行的速度相对较慢，大概每秒数百千米。这时，当两颗恒星碰撞或相擦时，由于速度不够快，它们可能逃不出彼此的引力束缚，从而导致一颗恒星被另一颗恒星“吞噬”掉。结果就是，它们在碰撞后并合成一颗更大的恒星。此外，该区域内较小的恒星（比如太阳大小的恒星）还可能通过多次碰撞让自己的质量越来越大，最终变成一颗质量10倍于太阳甚至更多的恒星。在这样的碰撞与并合中，“吞噬”掉自己邻居的恒星，会得到很多来自被“吞噬”恒星的氢。而氢正好是恒星燃烧的原料——这使它们变得更亮，也显得更年轻。但显得年轻，并不代表它们一定会活得更长，因为碰撞融合过后，恒星质量变得更大了，而质量更大的恒星，燃烧氢的速率也就更快，它们最终的寿命可能反而比原来更短。“它们很快就会死亡。”罗斯说，“大质量恒星就像巨大但耗油的汽车。虽然它们的燃料很丰富，但消耗燃料的速度也非常快。”
恒星的生命历程（图片来源：cmglee, NASA Goddard Space Flight Center - CC BY-SA 4.0）相关的两项研究最近发表在了《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。罗斯和同事的分析为“年轻悖论”的其中一种猜想提供了证据，也为我们银河系的历史提供了参考。超大质量黑洞附近“是一个与众不同的环境”，罗斯说，“在这样一个异常拥挤的区域中，受到超大质量黑洞影响的恒星，与我们在太阳系附近看到的任何天体都不一样。但如果我们能了解这些恒星群，或许就能对银河系中心的形成过程有一些新的认识。至少，它无疑为我们生活的领域提供了一个可对照的参考。”参考链接：https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.82.3121https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acee75https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad251fhttps://news.northwestern.edu/stories/2024/04/stellar-collisions-produce-strange-zombie-like-survivors/https://blackholes.stardate.org/research/milky-way-star-clusters.php.htmlhttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aca977来源：环球科学（公众号）编辑：王晨雅
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【案例】
江才健：科学报道应该做啦啦队，还是监督者？
导读：今日科学高度分化的生态，科学知识应如何传播？科学报道应该怎么做？是做科学的啦啦队，还是监督者？还是另有职能？江才健 | 撰文近代科学的萌起发展虽说已有好几个世纪，但是上一个世纪可以说才是科学知识蔚然大起的世纪，正如许多说法指出，上个世纪是一个物理科学的世纪，20世纪的物理科学确实开启了一个全新的境界；量子概念的出现与认知，狭义和广义相对论对于过往运动座标以及时空概念带来的革命性挑战，让人类进入有如史诗般壮阔旋律的一个新时代。在20世纪物理科学不世出革命中，许多出自爱因斯坦横空出世的天才透视，他孕生狭义相对论到广义相对论的晚期，人类历史上的第一次世界大战，主战场在欧洲，带来相当惨烈的生灵涂炭，由科学发展而来的机枪、毒气和坦克等武器，造成一千万人死亡以及两千万人受伤，这场发生在欧洲的战争可以称之为一场欧洲的内战；战争起因是欧洲思想与利益角逐的对峙；科学思想带给欧洲向外扩张的文化自信心，欧陆强权倚势科学之力殖民扩张造成的利益冲突，是这场战争的根本肇因。因此一战之后，虽说有一次天文科学的观测，赞赏也似乎证实了（其实并没有）爱因斯坦由纯粹数学推想而得到广义相对论对于弯曲时空的猜测，可说是对科学的一种乐观评价，但是在欧洲的社会文化思维方面，普遍的却是一种悲观看法与评价，哲学思想方面兴起了胡塞尔的“现象学”，伯格森的直观哲学，挑战科学所标榜的实证客观，史宾格勒的《西方的没落》和雷马克的小说与电影《西线无战事》，对科学的批评，更是传播普遍，深入人心。未料不到二十年再起的二次世界大战，虽说因为有物理科学发展成功的原子弹，似乎提早结束，但是社会大众对于规模更大武器造成的悲惨杀戮，似乎赶不上对于科学毁灭武力的潜在欣羡，二战后半个世纪的冷战，虽说维持了一种恐怖平衡的和平，但是科学竞争的国防对峙局面，确实是日盛一日的。二战后的婴儿潮，人口快速增加，冷战对峙下科学力量带来的国力增强，特别是在经济竞争方面的助力，一战以来对于科学的哲学反思，消弭衰退，上世纪下半中罗马俱乐部发布的《成长的极限》，对于当时已然失控的无止境经济成长追求，提出悲观的警语，却也只是马耳东风，过境雁声。奇怪的是，在人类文化中偶然而生，一路走来其实备受批评的近代科学，却俨然成为了人类面对未来自然生存挑战的唯一希望，加上国家研究与军工体系的推波助澜，冷战结束后，看21世纪前四分之一的发展，虚拟电子技术带来的物理与生物科技突破，搭配金融商业系统的利润操作，更造就出科学一种看似无所不能的神奇力量，在社会舆论莫之所知的渲染之下，居然站上一个道德至高的历史地位。20世纪下半叶的科学知识传播已经意识到这种将科学知识神圣化的趋势，认为无论是由国家社会支持的超大型科学技术计划，还是一些私营企业过度无羁的创意，相对于当前人类所面对的，如疾病、饥荒和贫富差距的紧迫性，都应该由道德层面严予批评。过去四十年的科学传播经验，欣喜地看到原来一直被认为是推动近代科学研究旗手的英国顶尖科学期刊《自然》，居然用三篇封面故事文章，讨论“媒体对科学报导”的问题。2009年6月底的《自然》杂志，以《啦啦队还是监督者》的开篇社论，质疑长久以来科学报导对于科学研究成果，多只是称颂赞赏的“啦啦队”，忘记了媒体在社会上更重要的“监督者”角色，忽略了由科学家所引领的科学研究，都不可能是不偏不倚的神圣举措，不可能不带着任何一个人所难以避免的偏失；无论是出于对于宇宙的认知，还是对个人名誉利益的追求。《自然》杂志另一篇专文，挑战大多数的科学报导，其实很像是传教士所做的工作，只是把科学家所声称的所谓“科学突破”，转译给社会大众，缺少客观的分析和批判性的评论。撰写这篇专文的资深科学记者曾经供职于英国国家广播公司，他有生物化学的博士学位和三年博士后研究经验，但是对于生物化学之外，如物理、工程技术等领域的一些进展，要努力才渐能有全面深入的了解。他说如果与BBC政治部门的记者来做比较，讨论科学的记者多做不到政治记者与政治人物平起平坐，对问题展开深入辩论，并指出他们的思想与技术矛盾。当然这并不是没有解决的办法，因为今日科学高度分化的生态，其实很少科学家可以声称，对于本行领域外的科学，也有较全面的认知，因此一个有长时间经验，涉猎甚广的资深科学记者，反倒可能在广面视野上有更深远的认知。《自然》杂志的另外一篇专文，讨论科学记者与科学家的分际问题，应避免落入一种“啦啦队”似的讨好关系，尤其是近代科学牵扯的社会因素甚多，过于执著或专注在某个领域的科学家，不可避免的会有自我中心的狭窄视野，而且是日盛一日的加深。这种愈来愈普遍的对于科学的质疑或批判态度，也带来社会对于科学的一种恰如其分的评价，对科学不致有过于美化的想望。因写了《科学的终结》而享誉国际的《科学美国人》撰述作家霍根（John Horgan）说的好，“有时候，最清晰的科学报导最不诚实”。几年前我应邀在《科学人》杂志写了一篇谈论科学报导的文章，其中引述清代大学者赵翼所说“只眼需凭另主张，纷纷艺苑漫雌黄，矮人看戏何尝见，都是随人说短长”。科学如此，科学报导何尝不是。图片作者简介：江才健，资深科学记者，著有《规范与对称之美——杨振宁传》、《吴健雄——物理科学的第一夫人》。注：本文首发于2024年4月出版的《经典》杂志，《赛先生》获作者授权在微信公众号发布。
来源：赛先生（公众号）编辑：李佳
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【案例】“年三十”时有时无原来跟月亮有关！专家详解
俗话说，过了腊八就是年。近日，一条“明年起连续5年没有‘年三十’”的消息，引起了人们热议。究竟“年三十”为什么会时有时无呢？河北省文史研究馆馆员 梁勇：我们的除夕有时候是大年三十，有时候是腊月二十九，这跟我们中国农历的纪年有关。我们中国农历当中的月是按月亮盈亏圆缺变化的周期来确定的，我们称之为“朔望月”。古人把完全看不见月亮的那一天定为农历的初一，称之为“朔”，满月的那一天我们称之为“望”日。据介绍，中国农历中，一个月完整的周期就是从农历初一到下一次朔的日期。由于月球、地球、太阳之间的相对运动是自然节律，朔的时刻可能会落在一天的任何时间，所以每个“朔望月”也不相同，平均长度是29天12小时44分多一点。因此，有时会出现小月29天，有时会出现大月30天，当农历腊月为小月时，除夕就落在腊月二十九。对于农历来说，除夕是“年三十”还是“年二十九”没有特定规律可循。没有年三十的年份并不少见，比如，最近几年里2013年、2016年、2022年就都没有大年三十。河北省文史研究馆馆员 梁勇：根据统计显示，截止到2050年的26年当中，除夕是大年三十的一共有14次，是腊月二十九的有12次。虽然大年三十有时候会“消失”，但是不管是腊月二十九还是腊月三十，作为我们中国传统节日的除夕一直都在。
来源：央视新闻（总台央视记者 梁铮铮 高伟强 李墨白 河北台）链接：https://www.sohu.com/a/752573043 ... 4443464RftxBKf_1090编辑：程正元
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- 重塑大脑之旅：我如何用六星期提升了脑袋功能
记者霍根博姆参加为期六周课程，尝试重塑大脑。越来越多证据表明，日常生活中的简单改变，就能改变大脑及其功能。BBC未来网（BBC Future）编辑梅丽莎·霍根博姆（Melissa Hogenboom）给自己做脑扫描一探究竟。“要什么都不去想，原来出乎意料地困难。”这是我躺在扫描机器里想到的其中一件事。当这台功能性磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imagine, fMRI；又译功能性磁振造影、功能磁力共振成像）机器吵吵闹闹地运作着，我被要求专注盯着一个黑色的十字。要一直睁着眼睛感觉上也很难。扫描器嗡嗡作响有些催眠作用，我还真有点担心要是睡了过去，会影响到大脑影像结果。作为一位科学记者，大脑如何运作总是让我着迷。因此我躺在伦敦大学皇家霍洛威学院（Royal Holloway, University of London）的扫描仪里，先给大脑做个检查，再开展一场为期六个星期的重塑大脑之旅。我的目标是要了解我们能否自行影响大脑产生有意义的变化。透过改变日常生活的不同方面，我希望找出是否可以强化大脑内的关键联系，并在过程中让头脑变得更健康。过程中，我学会了一些大家都能应用的技巧，而且效果很显著。神经可塑性与全神贯注大脑有惊人的适应、学习与成长能力，因为它本质上有可塑性——也就是说，它会改变。这是所谓的神经可塑性（neuroplasticity），是大脑在结构与功能上不时适应和进化的意思。曾几何时，这被认为只局限于青年身上，但如今我们知道这是塑造我们的一种持续力量。每当我们学会一项新技能，大脑就会适应。
图像来源，GETTY IMAGES大脑本质上具有可塑性。神经科学家与心理学家现在认识到，我们有能力在某程度上控制大脑。我们有很好的理由要去提升大脑功能——越来越多研究指出，这在延缓或预防退化性大脑疾病上能发挥作用。因此，在英国萨里大学（University of Surrey）临床心理学家托尔斯滕·巴恩霍费尔教授（Prof Thorsten Barnhofer）的帮助下，我着手去做这件事。他在研究静观（mindfulness；又译正念）对于管理压力和困难情绪上的效用，尤其是在严重抑郁症患者身上。让我意外的是，静观这种简单的练习，能在维持头脑健康方面扮演如此关键的角色。研究显示，要提升某些认知功能，静观是简单而有力的方法。它能改善专注力，舒缓痛楚和减少压力。研究发现只需数月的静观训练，某些抑郁与焦虑症状能得到舒缓——然而正如任何复杂的心理健康问题一样，这或许会因人而异。还有，静观能改变大脑。巴恩霍费尔教授说，这是因为当压力激素皮质醇（cortisol）增加并维持在高剂量时，“这会对你的大脑有毒”。压力也能直接抑制神经可塑性，因此管理压力能让大脑更可塑。实验开始问题是，这对我的脑袋有用吗？在六个星期时间里，巴恩霍费尔教授为我调校出一套静观课程。每天30分钟，一次过或分成两节各15分钟，我会聆听一段录音练习静观冥想。
研究表明简单的静观练习能帮助我们维持思绪健康。此外，我每周跟巴恩霍费尔上一节冥想课，他在Zoom上给我指导。整个静观课程都能在网上免费浏览。我得到的指示是尽力注意当下，尤其是留意我通常会忽略的事物，例如我都想到哪去了，有什么事情是我在朝思暮想的。他还鼓励我更专心于日常生活，例如在烹饪或跑步时认真专注于当下，将心思拉回去正在做的事情上，同时留意自己有多容易走神。这一部分研究最让人着迷的是，静观这看似简单的过程，能带来可量化的效果。巴恩霍费尔教授解释说：“静观所能做的是缓冲压力，你会越来越能注意到挑战和那些反刍回应，这些是一种担忧的来源。”我也许不是最理想的实验对象——我在训练前后都测量了压力水平，一般都很低——但我还是感到受益匪浅。当我开始一节课时，感觉前一两分钟很容易。我会按照指示专注于呼吸或是身体的某些部位。但每逢静寂时刻，我的思绪就踏上了时光机之旅。我会思考几周前与朋友的对话，然后在不过几秒之间掠过要预约牙科检查的念头，接着又想起下一项工作的截止期限……诸如此类。
临床心理学教授托尔斯滕·巴恩霍费尔研究正念如何帮助大脑的塑造。在短短瞬间，我看到自己的思绪如何快速转换。要是把速度加快的话，就会让人极度疲惫。巴恩霍费尔教授说：“当然，心神游移在许多方面是有帮助的。”“它有助于我们的创意，但这也能打乱事情。这就是重复思考、反刍思维（ruminative thinking）和担忧的来源。这些会导致我们压力增加。”当我开始注意到这一点，我越来越觉得我们超前思考、预先计划、担心事情的出色能力要是过了头，可以令人衰弱。换言之，揭示我们的脑袋到底如何运作，是我们尝试放下忙碌束缚的关键第一步。大脑与身体的联系在我花时间在静观课程的这六周里，我还花时间为我的纪录片《大脑妙招》（Brain Hacks）拍摄其他神经科学家，看看有没有哪些同类型“妙招”我能借鉴。例如，有证据表明，冥想和锻炼都能提升大脑的可塑性。
图像来源，GETTY IMAGES冥想与运动锻炼均可增强大脑可塑性。我并未增加运动量，但我有逼着自己跑得更快——我经常在我家附近的公园里用21分钟跑完5公里。我知道这样做或许能同时提升我的大脑，这让我更有动力去做。英国伦敦大学伯贝克学院（Birkbeck, University Of London）大脑和认知发展中心讲师奥里·奥斯米博士（Dr Ori Ossmy）说：“体育运动能促进大脑的可塑性。”“如果你把体育跟认知任务结合起来，提高自己感兴趣的技能，你也许能做得更强。”萨里大学比较认知学教授吉莉安·福雷斯特（Prof Gillian Forrester）认同这有道理，因为身体健康与大脑健康是相辅相成的。她说：“我们的身体健康与精神健康完全是纠缠在一起，这才能创造生活品质。”身体健康与认知健康同样息息相关。像福雷斯特教授这样的科学家，透过研究婴幼儿，了解大脑和身体之间的联系。在伯贝克学院全新的婴儿实验室（Baby Lab），福雷斯特教授向我展示了她的最新研究项目，其名字为“宝宝成长”（Baby Grow）。这项研究将监察婴儿出生首18个月的发育情况，目的是在认知障碍迹象变得明显之前抢先找出它们。为什么要这么早便做监察？这也跟神经可塑性有关。在幼年发展阶段，儿童的大脑尤其具可塑性——随着他们长大，学习了解周遭环境，新的脑神经连线与网络以惊人的速度建立起来。这意味着在这高度可塑时期，对有需要的儿童采取介入措施会更容易。这就是为什么福雷斯特教授相信，加深了解塑造大脑的日常过程特别重要的原因之一。神经康复病人从严重脑创伤康复时，同样的理论也可以套用进来。我跟博尼诺·普莱霍神经病变中心（Centro Neurolesi Bonino Pulejo）科学总监安吉洛·夸塔罗内教授（Prof Angelo Quartarone）见面。那是一家位于意大利西西里的脑创伤中心，他每天见证着大脑的可塑性。
学习新技能——这次是学习打西西里铃鼓——既有趣，又能帮助大脑继续成长。他说：“即使在最糟糕的状态，大脑还是会以某种形式自我修复……透过神经康复（neurorehabilitation），我们能加快复原进度。”他的团队采用多种方法辅助康复，包括机器人、虚拟现实（VR）和在脑部植入电池线圈。他说：“微量的电流可以可以与神经康复技术所采用的相同机制相互作用。这样就能一举两得。”他有一位右肢乏力的病人让我惊叹不已，他透过玩电脑模拟游戏，成功建立新的神经连接，让他重拾失去了的运动机能。这种增强大脑功能的方法值得我们学习。显然，练习新技能和经常接触新环境，统统都能帮助大脑不断适应与成长。我用意大利语下单要日晒番茄干的时候就是如此。还有去上一个打西西里铃鼓的速成班，然后再坐在埃特纳火山（Mount Etna）脚下冥想。当然，我必须补充一个注意事项：我只是一个人的样本，而以上种种都只是例证，而非纯粹科学。结构上的改变六个星期的尾声，我极好奇我所做的一切，对脑袋有没有起到任何作用。经过又一次大脑扫描后，我到萨里大学找巴恩霍费尔教授听取结果，他详细分析与比较了我的两次脑扫描。结果出来了：我的大脑确实改变了，并且出现了一些可衡量的变化。我的杏仁核（amygdala）右侧的一半缩小了体积，它是处理情绪很重要的部位。这种变化很轻微，但能量度出来。然而，让人更兴奋的是，这与科学文献一致，即静观能缓冲压力，致使杏仁核缩小。当我们的压力增加，杏仁核便会增大。我一开始没感觉到特别大压力，但即便如此，能看到变化还是教人兴奋。另一样变化发生在扣带皮层（cingulate cortex），那是脑干边缘系统（limbic system）中跟行为和情绪反应有关的部分。这对于默认模式网络（default mode network, DMN）也很重要，当思绪漫游和胡思乱想时，该区域会活跃起来。在我的大脑中，它在六周之后稍微增生了，这表明该区域的控制有所加强。这再次与科学文献中已发表过的研究相呼应。
图像来源，GETTY IMAGES人类经历更多压力，大脑杏仁核便会增生。这也跟我在课堂上所注意到的情况一样。随着时间的推移，我发觉我越来越能保持心平气和，能更好地排除忙碌思绪。我在大屏幕上看到我的脑袋出现了这些成果，实在大开眼界。单纯透过静观练习，我成功扩充了脑袋的其中一部分，防止自己过度胡思乱想。最后要提醒大家：我们所看到的一切大脑变化，都可能只是随机事件，这一点很重要。无论如何，大脑无时无刻都在变化，但这些研究说明，这整个体验是个很值得的挑战过程，很多人能从中受益。当然，为了让变化得以持久，我显然该继续鞭策自己去练习这些“妙招”。我还会继续每天冥想吗？我很想说：“这当然。”前提是，生活上要有这个空闲……补充报道：汤姆·海登（Tom Heyden）、皮耶朗杰洛·皮拉克（Pierangelo Pirak）请访问BBC Future阅读英文原文。来源：BBC链接：https://www.bbc.com/zhongwen/simp/science-67033656编辑；程博
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- 亚马逊发射测试卫星，挑战马斯克“星链”
亚马逊公司成功发射了第一对原型卫星，用于其太空互联网服务柯伊伯计划，将直接与马斯克的星链项目展开竞争。（德国之声中文网）周五（10月6日），亚马逊公司从美国南部佛罗里达州将其全球互联网服务的第一对原型卫星送入太空。这标志着这家大型科技公司在向太空发射数千颗此类卫星的柯伊伯计划（Project Kuiper）中迈出的第一步——柯伊伯计划是美国太空探索技术公司（SpaceX）星链（Starlink）项目的竞争对手。带有亚马逊标识的“宇宙神5”（AtlasV）火箭运载这两颗原型卫星，于美国东部时间下午2点06分佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空。此次发射是由波音公司和洛克希德-马丁公司的合资企业联合发射联盟（United Launch Alliance）执行的。柯伊伯项目技术副总裁巴达亚尔（Rajeev Badyal）表示：“虽然我们已经在实验室内进行了大量测试、对我们的卫星设计很有信心，但其在轨道上的测试依然是不可替代的。”
Atlas V发射升空升空过程进行了短暂的现场直播，直播在卫星进入轨道之前结束。随后，亚马逊宣布这对原型卫星已成功部署在轨道上，并与该公司的任务中心取得联系。柯伊伯计划是什么？柯伊伯计划是一项计划中的由近地轨道卫星提供的宽带互联网服务。该项目于2019年宣布，同年SpaceX开始部署其第一艘可运行的星链航天器。星链是SpaceX的太空互联网项目。亚马逊创始人贝索斯（Jeff Bezos）表示，柯伊伯计划一旦启动和运行，将“为世界各地未获得服务和服务不足的社区提供快速、廉价的宽带网”。当时亚马逊表示要向该项目投资100亿美元。据估计，未来十年此类互联网服务的市场将达到数百亿美元。如果亚马逊的测试卫星表现符合预期，它将在未来几年内再部署3236颗卫星，并在全球范围内提供宽带互联网服务。相比之下，星链项目有约5000颗卫星已经在轨道上运行。柯伊伯的竞争对手还有谁？该领域的竞争伙伴括加拿大电信卫星公司（Telesat）和法国欧洲通信卫星公司（Eutelsat）旗下的一网公司（OneWeb），前者计划发射300颗卫星，但目前尚未开始发射，后者主要为政府和企业提供互联网服务。中国计划发射13000颗卫星作为其国网（GW）星座计划的一部分，将与星链和柯伊伯直接竞争。旨在为个人消费者提供互联网服务的亚马逊公司尚未透露价格。目前，每个星链终端的售价为599美元。来源：德国之声中文网链接：https://amp.dw.com/zh/%E4%BA%9A%E9%A9%AC%E9%80%8A%E5%8F%91%E5%B0%84%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%8D%AB%E6%98%9F%E6%8C%91%E6%88%98%E9%A9%AC%E6%96%AF%E5%85%8B%E6%98%9F%E9%93%BE%E9%A1%B9%E7%9B%AE/a-67028529编辑：程博
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- 新媒体时代，记者如何寻找新顶流IP？
科创类新闻往往比较艰深高冷，如何能挖出新顶流IP？本期特邀中新社安徽分社副总编辑兼采编中心主任吴兰，为大家分享实战真经。
美丽安徽
1常挖进展
近年来，安徽及在皖高校、科研院所、企业机构在科技创新、前沿研究、基础攻关方面获得世界性成果，或被国际权威学术期刊刊登、或被应用于实际上天入地、或广受民众关注成为身边的“黑科技”。
合肥综合性国家科学中心又是中国四大综合性国家科学中心之一。同步辐射、全超导托卡马克、稳态强磁场等大科学装置，以及在建的量子信息国家实验室、聚变工程实验堆……各类大装置，都是丰富的“矿源”。
这些装置上不断涌现的科技硕果，自然是我们要努力挖的“金矿”。
“人造太阳” 王夙素 摄
以刚刚又刷新世界纪录的“人造太阳 ”举个例子。
在合肥西郊的科学岛上，有一个高11米，直径为8米，重400吨的“大罐子”，看似普普通通、平平常常，但它是解决人类终极理想的“源头”，也就是“人造太阳”。
何为“人造太阳”，模仿太阳聚变反应原理造一个“太阳”，被科学家们认为是解决人类能源危机最佳方案，可为实现碳中和做出重要贡献。
这里都是挑战极限“造太阳”的人 王夙素 摄
在这里，有一群不断挑战极限“造太阳”的人。他们的目标就是希望未来有一天，聚变能商用的“聚变能源梦”在中国率先实现。
追梦的路上，成果不断涌现。30秒、60秒、101.2秒、403秒稳态高约束运行模式等离子体；5000万度、1亿度、1.6亿度等离子体运行……
冲着这不停歇的创造纪录，得挖，且得不停地挖才行。尤记得，有关“人造太阳”创纪录的稿件，仍是目前分社采用率最高的稿件之一。
“九章二号”144模式干涉仪（部分）实验照片。中国科学技术大学供图
再以量子与一只猫举例。
薛定谔的猫因“既死又活”的状态，成为科技界最著名的猫，凭借“一猫之力”让微观世界的量子走向大众。
如今，随着我国自主研制的世界上首颗空间量子科学实验卫星——“墨子号”的升空，量子相关信息飞入寻常百姓家。在理论上和产业路上，不断有重磅进展和关键技术突破，这些每一小步的前进或将是未来的一大步。
所以，我要做守在“猫”后的那位“搬运工”。
2深挖科普
三嗪框架聚合物离子膜、膜-蛋白二元体系的顺磁弛豫增强分析技术、离散量子比特、镧系金属卤化物基固态电解质、基于碳化硅中硅空位色心的高压原位磁探测……
这些每个字都认识的科研关键词，却让文科“小白”情何以堪。如何转化为通俗易懂的语言，得在深挖时，及时向科学家们多问、多请教。
记得一次采访中国科学院精准智能化学重点实验室，对其研究方向和目标中的数据驱动智能化学、复杂体系化学理论等都能理解，颇为不解为何有“氮资源高效定向转化”。该重点实验室主任李震宇教授答曰：“多呀”“非常稳定的惰性气体”。
真是第一次知道氮气约占大气的78%。估计很多人和我一样，认为呼吸都需要氧气，想当然认为氧气的含量最高，其实它只占约21%。
3广挖周边
近年来，安徽区域创新能力连续多年保持全国TOP10。
安徽的顶流IP不再只有中国农村改革发源地小岗村的农村改革，还有黄山、九华山的美丽名片，长三角一体化、高质量发展、徽文化，“人造太阳”……
除了这些，还有广大“周边”，比如：深空探测、量子科技等等，都是一颗颗闪亮的星星，都是值得我们报道的，需要我们每天奋力“挖”。
幸福，都是奋斗出来的；新闻，则是“挖”出来的。吴兰 摄
其实，在深挖广挖的写稿路上，不仅“费”记者，更“费”科研人员。发自内心的，真诚感谢每一位帮忙科普把关的科研人员。
来源：庖丁解NEWS链接：https://mp.weixin.qq.com/s/LgPoNKwuX9SJntqWsjxk3Q编辑：程博
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2023年诺贝尔化学奖揭晓！ 据诺贝尔奖官网消息，北京时间10月4日下午5点45分许，瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院教授蒙吉•G•巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯•E•布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢•伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他们在“发现和合成量子点”方面的贡献。
图片来源：诺贝尔奖社交媒体账号。
01“梅开二度”他让化学变得更酷！
在诺贝尔奖百年历史上，共有五位两次获奖的人。美国化学家卡尔·巴里·夏普莱斯就是其中一位。他既是第五位两次获诺奖的人，也是第二位在化学奖上“梅开二度”的获奖者。
资料图：美国化学家卡尔·巴里·夏普莱斯。
2001年，夏普莱斯因在“手性催化氧化反应”方面的贡献，与美国化学家威廉·诺尔斯、日本化学家野依良治共同获得当年的诺贝尔化学奖。
2022年，81岁的他因在“点击化学和生物正交化学”方面所做出的贡献，再次获得当年的诺贝尔化学奖。一同获奖的，还有美国化学家卡罗琳·露丝·贝尔托西和丹麦化学家摩顿·梅尔达尔。
两次斩获诺贝尔化学奖的夏普莱斯，从小就不那么循规蹈矩。几十年间，他常常沉浸于自己天马行空的化学世界中，在攀登科研高峰的长途跋涉中，展现出超凡的魄力。
据夏普莱斯的教授回忆，自己这位学生不仅喜欢化学的方方面面，而且看见什么就能记住什么。后来，进了实验室，夏普莱斯全身心投入研究当中，对各种化学品的细节甚至味道，都可以分辨得一清二楚。
有一次，夏普莱斯在麻省理工学院谈论不对称催化方面的研究时，突然开始思索其他问题，即兴转向天马行空的讲述。与会听众大眼瞪小眼，对他在演讲上竟然如此走题颇感诧异，觉得这位“天才”是不是“疯了”。
“他真的是一位科学界的‘老顽童’。”对于自己的导师，夏普莱斯的学生如是评价，“他的脑子里只有学术，只关心如何能让化学变得更酷。”
不同于大多数从事基础研究的学者，夏普莱斯格外钟情于实用化学。在辉煌的职业生涯中，他一直以设计催化剂而闻名，终生致力于探索实用性新化学反应，和寻找选择性控制化学反应的一般方法。
正是这种对科学的沉浸式钻研精神，赋予了夏普莱斯在学术道路上前行的巨大力量，支撑他在耄耋之年，仍能再攀化学研究的高峰。02“把复杂问题变简单”他们是奇迹创造者[size=14.6667px]
数十年来，化学奖的科研成果早已融入人类社会的进步历程中。有利于解决人类疑难复杂问题、改善人类生存状态的化学奖成果，不胜枚举。
基于夏普莱斯在手性催化氧化反应方面的研究，近年来，药物学家成功合成了几十种关键性的创新药物，包括一系列治疗心脏病、癫痫等疾病的药物，直到现在仍在挽救成千上万人的生命。
实际上，长期以来，构建越来越复杂的分子，是化学家们一直渴望达到的成果。2022年的诺贝尔化学奖成果“点击化学”，成功把药物分子的合成难度大大降低，被诺贝尔官网称赞“将化学带入了功能主义时代，为人类带来了伟大的效益”。
资料图：2018年诺贝尔化学奖得主弗朗西斯·阿诺德展示其签名的椅子。
同样运用化学研究成果造福人类的，包括2018年诺贝尔化学奖的弗朗西斯·阿诺德、乔治·史密斯和格雷戈里·温特利。他们研发出控制进化过程的方法，利用噬菌体展示技术生产的抗体，能够对抗自体免疫疾病，在有些情况下甚至能治愈转移性癌症。
他们是化学领域的奇迹创造者，更是突破时代发展的引领者。而这样的突破，每年都在发生，消除疾病、拯救生命、改善环境……这些在化学园地不断耕耘的诺奖得主，为人类社会带来了巨大福祉。03硕果累累盘点近十年获奖者
自1901年至2022年，诺贝尔化学奖共颁奖114次，有191位获奖者。
以下是近10年来获奖者名单及其主要成就：
2022年：
卡罗琳•露丝•贝尔托西(美)、摩顿•梅尔达尔(丹麦)和卡尔•巴里•夏普莱斯(美)，因在点击化学和生物正交化学方面所做出的贡献获奖。
资料图：美国化学家卡尔·巴里·夏普莱斯。
2021年：
戴维·麦克米伦（美）和本亚明·利斯特（德）因在不对称有机催化研究方面的进展获奖。
2020年：
埃曼纽尔·卡彭蒂耶(法)和詹妮弗·杜德纳(美)，因在基因编辑技术方面的贡献获奖。
2019年：
约翰·古迪纳夫(美)、斯坦利·惠廷厄姆(美)和吉野彰(日)，因在锂电池研发领域做出的贡献分享诺奖。
2018年：
诺贝尔化学奖授予弗朗西斯·阿诺德(美)、乔治·史密斯(美)和格雷戈里·温特利(英)，以表彰他们在酶的定向演化，以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果。
2017年：
约阿希姆·弗兰克(德/美)、理查德·亨德森(英)和雅克·杜博歇(瑞士)获奖，他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子结构。
2016年：
让-皮埃尔·索维奇(法)、弗雷泽·斯托达特(英)和伯纳德·费林加(荷)三位科学家因“设计和合成分子机器”获奖。
2015年：
托马斯·林达尔(瑞典)、保罗·莫德里奇(美)、阿齐兹·桑贾尔(土耳其/美)，因在基因修复机理研究方面所做出的贡献获奖。
2014年：
埃里克·贝齐格(美)、威廉·莫纳(美)、斯特凡·黑尔(德)，因研制出超分辨率荧光显微镜获奖。
2013年：
马丁·卡普拉斯(美/奥地利)、迈克尔·莱维特(英/美)、阿里耶·瓦谢勒(美/以色列)分享诺奖，三人在开发多尺度复杂化学系统模型方面做出贡献。来源：中国新闻社链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vpVvgCUK2XT5ctCOCeiaEg
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- 【案例】2023年诺贝尔生理学或医学奖成果解读：为mRNA疫苗快速研发奠定基础
瑞典卡罗琳医学院2日宣布，将2023年诺贝尔生理学或医学奖授予卡塔琳·考里科和德鲁·韦斯曼，以表彰他们在信使核糖核酸（mRNA）研究上的突破性发现，这些发现助力疫苗开发达到前所未有的速度。
接种疫苗会激发机体形成针对特定病原体的免疫反应，使得以后接触病原体时机体能够“抢占先机”获得免疫力。最早问世的疫苗是基于灭活或弱化病毒的疫苗，如脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗和黄热病疫苗等。
随着分子生物学的进步，基于病毒部分成分而不是全病毒的疫苗逐渐研发出来。然而病毒依靠机体细胞才能复制，基于全病毒、病毒蛋白质和病毒载体的疫苗都需要大规模的细胞培养。在某些传染病疫情暴发时，快速生产疫苗就先要密集投入资源培养细胞。因此，长期以来研究人员一直试图开发独立于细胞培养的疫苗技术，但这个过程困难重重。
在机体细胞中，遗传信息以脱氧核糖核酸（DNA）编码的形式存在，但DNA编码需要转录到mRNA，然后以mRNA为“模板”生产蛋白质。20世纪80年代，无需细胞培养即可产生mRNA的有效方法已经开发出来，被称为体外转录。这加速了分子生物学在多个领域应用的发展。将mRNA用于疫苗和治疗目的也成为一种选项。然而，体外转录的mRNA被认为不稳定且难以传递，需要开发复杂的脂质载体系统来“封装”mRNA片段，还会引发炎症反应，这大大限制了其临床应用前景。
本世纪初，考里科和韦斯曼在美国宾夕法尼亚大学合作研究时注意到，机体免疫系统的树突状细胞会将体外转录的mRNA识别为外来物，从而导致其激活并释放炎症信号分子。为什么体外转录的mRNA会被识别为是外来的，而来自哺乳动物细胞的mRNA却没有引起相同的反应？考里科和韦斯曼意识到，一定是有一些关键特性区分了不同类型的mRNA。
他们注意到，mRNA携带的遗传信息不仅仅是A、U、C、G四种碱基，还包括多种多样的化学修饰。哺乳动物细胞RNA（核糖核酸）中的碱基经常被化学修饰，而体外转录的mRNA没有这些化学修饰。是因为这种碱基修饰导致了区别吗？
为了验证这一想法，他们生产出了不同的mRNA变体，每种变体的碱基都有独特的化学修饰，并将其传递给树突状细胞。研究结果令人震惊：当mRNA中包含碱基修饰时，炎症反应几乎消除了。这一开创性的研究结果发表于2005年。
在进一步研究中，考里科和韦斯曼发现，与未修饰的mRNA相比，碱基修饰生成的mRNA递送显著增加了蛋白质产量。这种效应是由于调节蛋白质生成的酶活性降低带来的。通过发现碱基修饰既能减少炎症反应又能增加蛋白质产量，考里科和韦斯曼消除了mRNA技术临床应用道路上的关键障碍。
此后，基于此技术，针对寨卡病毒和中东呼吸综合征冠状病毒的mRNA疫苗得以研发；新冠疫情暴发后，两种编码新冠病毒表面蛋白的碱基修饰mRNA疫苗以创纪录的速度开发出来。mRNA疫苗开发的灵活性和速度令人印象深刻，为使用新平台开发其他传染病疫苗铺平了道路，未来该技术还可用于输送治疗性蛋白质并治疗某些癌症类型。
来源：澎湃新闻链接：https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_24819747编辑：程博
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- 【案例】一种切割时间的方法，斩获2023年诺贝尔物理学奖
瑞典皇家科学院决定将 2023 年诺贝尔物理学奖授予Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier，“表彰他们为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。
三位2023年诺贝尔物理学奖得主被表彰是因为他们的实验为人类提供了探索原子和分子内部电子世界的新工具。Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier展示了一种创造极短光脉冲的方法，可以用于测量电子移动或改变能量的快速过程。对于人类来说，快速运动的事件在感知时会相互流动，就像一部由静止图像组成的电影被感知为连续运动。如果我们想要调查真正短暂的事件，就需要特殊的技术。在电子的世界中，变化发生在几十个阿秒内——阿秒有多短？1阿秒之于1秒，相当于1秒之于宇宙的年龄。获奖者的实验产生了极短的光脉冲，其测量单位是阿秒，从而证明这些脉冲可以用于提供原子和分子内部过程的图像。在1987年，Anne L’Huillier发现，当她通过惰性气体传输红外激光光线时，会产生许多不同的光波谐波。每个谐波都是具有激光周期一定数量的循环的光波。它们是由激光光线与气体中的原子相互作用引起的；这使得一些电子获得额外的能量，然后以光的形式发射出来。Anne L’Huillier一直在探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。在2001年，Pierre Agostini成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲仅持续250阿秒。与此同时，Ferenc Krausz正在进行另一种类型的实验，使得能够隔离持续650阿秒的单个光脉冲。这些诺贝尔奖得主的贡献使得对之前无法跟踪的极快速过程的研究成为可能。“我们现在可以打开电子世界的大门。阿秒物理学为我们提供了理解由电子掌控的机制的机会。下一步将是利用它们，”瑞典皇家科学院物理学诺贝尔委员会主席Eva Olsson表示。在许多不同领域都存在潜在应用。例如，在电子学中，了解和控制电子在材料中的行为非常重要。，例如在医学诊断中，阿秒脉冲也可以用于识别不同的分子。中科院物理所研究员曹则贤对《返朴》表示，光是我们同远方的联系，也是我们深入微观世界的唯一工具。光与电子是微观物理，特别是量子力学的主题。著名的1927年第五次索尔维会议的主题就是光子与电子。阿秒光脉冲的实现是光学和光学技术的进步，也赋予我们以研究更短时段内、更小尺度上的物理量现象特别是与电子有关的现象的可能。2023年度诺贝尔物理奖表彰三位获奖人在“research into electrons in flashes of light”的方面的成就, 具体地说是用超快光谱研究电子的运动, 实至名归。Pierre Agostini，1968年获得法国艾克斯-马赛大学博士学位。现任美国俄亥俄州立大学教授。Ferenc Krausz，1962年生于匈牙利莫尔。1991年从奥地利维也纳科技大学获得博士学位。德国马克斯·普朗克量子光学研究所所长，慕尼黑路德维希-马克西米利安大学教授。Anne L’Huillier，1958年生于法国巴黎。1986年从巴黎皮埃尔和玛丽·居里大学获得博士学位。现任瑞典隆德大学教授。下文是一篇科普旧文，供大家一并参考。撰文 | 周胜鹏 刘爱华（吉林大学原子与分子物理研究所）在以化石能源为动力的现代交通工具出现以前，马作为最快的交通工具已经为人类服务了几千年。千百年来，无数人好奇马在奔跑过程中，是四脚腾空，还是始终有一蹄着地。在照相技术出现后，人们就开始考虑用照相技术来解决这一问题。在摄影技术中，一个“快门”时间内可以曝光并记录一个动作，动作发生时间越短，需要记录它的“快门”就相应地要求越短，否则图像就会出现虚影。但早期的照相技术曝光时间长，成像速度慢。直到1878年，改进了快门的照相机得以应用，才由迈布里奇拍摄了一组赛马奔跑的照片 (见图1) 。迈布里奇的照片清晰地表明了，在马匹奔跑中的某一时刻，它的四蹄是全部离地的。因此，提高照相机的快门速度 (时间分辨能力) ，可以让我们对事物的认识提高到一个更高水平。
图1 迈布里奇1878年拍摄赛马奔跑时的照片
如今，人类的探测器已经飞出了太阳系，而天文学家们的观测范围更是达到了数百亿光年。空间的距离，可以通过光的传播进行测量，空间的分辨率则变成了在时间上要求更高的分辨率 (更快的快门) 。对于时间的分辨率，人们常常会用到以下几个关于时间的单位：皮秒 (1ps=10-12 s) ，飞秒 (1fs=10-15 s) 和阿秒 (1as=10-18 s) 。为了理解和感受这几个单位的时间长度，我们看一下光在相应时间单位内可以传播多长距离：1秒内光传播30万千米，可以环绕地球约7.5 次，在1 ps时间内，只能传播30cm的距离；在1fs时间内，则只能传播0.3μm，这个距离甚至不到一根头发丝的百分之一；而在1as 时间内，光只能传播0.3nm，也就是3个紧紧排在一起氢原子的长度 (或者说，1 as的时间还不够光绕氢原子的“赤道”跑一圈) 。当人们对世界观察的时间尺度达到了阿秒量级，人们可观察的空间分辨也能够达到原子尺度 (0.1 nm) 和亚原子的尺度了。在这样的时间和空间尺度范围，人们对生物、化学和物理的研究边界也变得不断模糊，因为这些微观现象的根源在于电子的运动。这些微观过程中电子运动的时间尺度可以从几十飞秒到更小几十阿秒，如氢原子中电子绕核一周的时间为152as。阿秒光脉冲的出现使人们能够结合阿秒量级的超高时间分辨率和原子尺度的超高空间分辨率，实现对原子-亚原子微观世界中的极端超快过程的控制和了解的梦想。1什么是阿秒光脉冲阿秒光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲，其脉冲宽度小于1fs。为了更好地认识阿秒光脉冲，我们需要了解激光的产生和发展过程。激光是一种具有发射方向单一、强度极高且相干性好等特点新型光源。激光的英文名为laser，即是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，字面意思为受激辐射对光进行放大。中国物理学家钱学森取其意将其命名为“激光”。20世纪60年代，美国加州休斯实验室的梅曼研发出了世界上的第一束激光。根据发光持续时间的长短，激光一般被分类为连续激光和脉冲激光。连续激光能够在长时间内产生激光但输出的功率较低。脉冲激光工作方式是在一个个间隔的小时间段内发射光脉冲，其峰值功率很高。从20世纪激光诞生开始到其后的80年代，脉冲激光的单个脉冲时间可以达到皮秒量级。随着激光技术的不断发展，激光的脉冲宽度也在不断缩小。1981年，贝尔实验室的福克等人采用锁模技术将脉冲激光的脉冲宽度缩小到小于100 fs。2001年，奥地利维也纳技术大学的克劳茨研究组在实验上成功地利用气体高次谐波产生了脉宽为650 as的单个光脉冲，使光脉冲宽度达到阿秒量级。超短的光脉冲有助于提高人们观察微观粒子高速运动的时间分辨率，就像高速相机允许人们记录如爆炸的气球或高速的子弹等更快的事件一样。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和分子层面上观察到超快运动过程。我们这个世界的物质大都是由分子和原子组成，它们都在不停地飞速运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光可以让人们把化学反应过程拍成“电影”并对整个过程进行研究。而化学反应的本质是原子与分子中电子的运动。为了更加深入地观察电子的运动以及对其进行控制，飞秒激光所能够达到的时间分辨尺度以及对应的空间分辨尺度 (100nm) 显然是不能满足条件的。而现在实验上所能获得的阿秒光脉冲的脉冲宽度已经能够达到甚至短于电子在原子中的运动周期。阿秒光脉冲这种超短的时间分辨能力已经为基于研究电子运动的阿秒科学打开了大门。2阿秒光脉冲出现之前
在激光产生之后，人们就在追求脉冲激光的更高强度和更短脉冲时间过程中对相关技术进行了不断改进。其中，激光锁模技术的发明促进了飞秒激光的诞生，啁啾脉冲放大技术（CPA）以及腔外脉冲压缩技术等的出现则为产生高强度激光提供了可靠的方案并为阿秒光脉冲的出现铺平了道路。激光锁模技术能够让大量高度相干、位相锁定的激光纵模同时振荡，合成一个时间宽度极短的高功率脉冲。早期的锁模激光技术是在固体激光增益介质中实现，产生的激光脉冲宽度小于100ps。后来，在美国物理学家豪斯被动锁模理论的指导下，碰撞脉冲锁模方式 (CMP) 能够让激光脉冲宽度达到100fs。20世纪80 年代，人们对固体激光介质展开了一系列的研究工作，在运用钛蓝宝石 (Ti：Sapphire) 激光系统时发现的自锁模现象为超短激光的发展带来了技术革命。自锁模现象是由于非线性介质中的克尔效应所引起，所以也被称为克尔透镜锁模。1999年，美国麻省理工学院的莫格纳等人利用克尔透镜锁模技术不仅让激光脉冲宽度达到了5.4fs，还使得脉冲宽度短于两个光学周期。利用飞秒激光的泵浦——探测技术，人们前所未有地观察到了化学反应的中间过程，并成功地控制了化学键的成键与断裂。从事该工作的泽韦尔教授也因此获得1999年诺贝尔化学奖。通过锁模技术获得脉冲宽度达到几个飞秒的超短脉冲激光的同时，激光的输出功率也得到了极大的提升。但是随着激光输出功率的提高，激光增益介质会因为自聚焦等非线性光学效应而发生损伤，因此脉冲激光的峰值功率受到激光介质破坏阈值的限制。这一限制在长达十年的时间内没有获得大突破，激光器的输出功率密度也一直在1012 W/cm2附近止步不前。1985年，美国罗切斯特大学的穆鲁和斯特里克兰两人首先提出了激光CPA技术，它能极大降低高功率激光放大过程中非线性效应对激光介质的破坏。CPA技术的基本原理是通过色散技术在放大前分散激光种子脉冲的能量，放大后再利用色散技术逆向将激光脉冲的时间宽度压缩到原来的状态，最终超短脉冲激光的强度得到极大提升。随着CPA技术广泛应用，小型化的飞秒100TW (1TW=1012W) 级和1 PW (1PW=1015W) 级的超强超短激光系统已经屡见不鲜。CPA技术目前已经在世界上所有高功率激光器 (超过100TW) 上使用。穆鲁和斯特里克兰为此也获得了2018年的诺贝尔物理学奖。
3阿秒光脉冲的产生
人们一直在为产生更短的光脉冲努力着，从100ps到100fs，再到几个飞秒，直到少周期的飞秒激光出现，短脉冲技术停下了脚步。此时，人们很难让脉冲的包络短于一个光学周期。以800nm波长的激光为例，一个光周期的长度为2.66fs，激光的脉冲宽度就很难再短于这个时间了。尽管2013年有一个德国的研究小组成功地将飞秒红外激光的光谱展宽至250~1000nm，并最终压缩至415as，但他们所采用的传统光学脉冲压缩方法很难将激光脉冲的时间宽度进一步缩短。显然，为了获得更短的阿秒光脉冲，人们必须使用更短的载波波长来支持更短的脉冲宽度。为了产生更短的载波波长，人们需要从光产生的基础理论上得到突破。在阿秒光脉冲出现之前，产生超短脉冲激光的理论基础一直是爱因斯坦的能级跃迁受激辐射。根据受激辐射理论，处于束缚能级上的电子只能在原子核附近运动，所储存的能量有限。一般上下两能级跃迁所发射光子对应的波长都处在可见光附近，可见光一个光学周期一般都在1fs以上，显然难以用来进一步产生更短的阿秒光脉冲。那如果让电子不束缚在原子核附近而是自由放飞会是什么情况呢？
图2 提出经典三步模型的科克姆教授(中)
1993年，加拿大物理学家科克姆提出了著名的经典三步模型，该模型为短波长光(极紫外至X射线)产生奠定了理论基础(见图2)。经典三步模型将在强激光作用下原子中的电子运动分为三个过程：隧穿电离、激光加速和回核(见图3)。（1）隧穿电离：原子内部库仑力的强度接近于一个原子单位(3.55×1016 W/cm2)，人们通过CPA获得的激光强度已达到了1014到1015 W/cm2，这一强度已经能够与原子内部的库仑力相比拟了。此时，电子就能够以隧穿电离的形式摆脱库仑束缚。从量子力学的角度来讲，这一个微观事件的发生概率与弱激光作用于原子的多光子电离概率相比得到了极大提高。（2）激光加速：当电子摆脱原子核的库仑力，其运动几乎完全由激光电场控制，并且电子的运动轨迹可以很方便的采用经典牛顿力学进行描述。（3）回核：由于激光电场是往复振荡，电子在激光电场的作用下最后会回到原子核附近。在回到原子核的过程中，电子被激光电场加速获得很高的能量。当电子回到原子核，电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量，辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。因此，电子在激光中加速获得的动能越多，光子的能量就越高。
图3 经典三步模型示意图
1993年，诺贝尔物理学奖获得者亨施提出对高次谐波采用傅里叶合成的方法产生阿秒光脉冲。通常，人们对一束多周期的激光脉冲作用于原子分子产生的高次谐波采用这种方法合成得到的是阿秒光脉冲串，这些脉冲总长度一般在几飞秒到几十飞秒的量级。而想获得阿秒时间尺度的超快时间分辨，必须要从阿秒光脉冲串中选出一个孤立的阿秒光脉冲，即单阿秒光脉冲。产生单阿秒光脉冲的基本办法是在驱动激光大部分周期里抑制高次谐波发射，只在半个光学周期的时间窗口里允许高次谐波发射，这个时间窗口被称为时间门。根据该单阿秒光脉冲产生的规律，人们从理论上来探索获得超短的单阿秒光脉冲。1994年，莱文斯坦小组提出了基于量子理论的高次谐波产生的强场近似模型(SFA)。在这个理论中，他们假设(i)不考虑激发态的贡献；(ii)忽略基态的衰减；(iii)连续态电子不受原子核的库仑作用。1996年，莱文斯坦小组从理论上证明了单原子模型的计算可以产生阿秒光脉冲。在同一年，赫里斯托夫等人采用单原子三维模型计算利用小于10fs的激光脉冲产生宽带高效谐波，再通过滤波可以产生100as左右的X射线阿秒光脉冲。与此同时，高性能计算机技术的快速发展使得数值求解单原子模型的含时薛定谔方程(TDSE)成为一种重要的研究方法。堪萨斯州立大学的林启东研究小组发展了QRS(Quantitative ReScattering)理论。该理论基于量子散射理论的强场相互作用理论，把在激光电场作用下的返回电子与原子核的相互作用作为一个散射过程，从最终的高次谐波或者光电子分析得到相互作用的信息。此模型的计算结果与TDSE模拟的结果非常相近，计算量却远远小于求解TDSE。由于单阿秒光脉冲的产生需要有效控制高次谐波的发射时间，而这个发射时间与电子的运动轨迹密切相关，因此，人们一般通过调制激光电场控制电子的运动进而产生单阿秒光脉冲。通常，人们采用多色联合激光电场来控制电子的运动，这样能够有效控制高次谐波的发射时间。理论研究表明，通过调节振幅比、偏振、波长比、相对延迟、相位等参数优化的多色整形脉冲激光，可以有效控制电子的运动轨迹，进而提高高次谐波产率和缩短阿秒光脉冲的时间宽度。在实验上，人们根据高次谐波产生对驱动激光各种特性的依赖关系设计了很多技术方案，并且所采用的驱动脉冲激光均为少周期的强飞秒脉冲激光。2008 年，古尔利马基斯等人利用了高次谐波产生过程对激光强度高度非线性依赖的特性，采用载波包络相位稳定的3.3fs超短激光脉冲，测量获得80 as的单阿秒光脉冲。这一技术方案被称为少周期激光脉冲泵浦激光方案，但是其在实现过程中对技术要求较高。采用偏振时间门技术可以以相对较低的技术要求实现单阿秒光脉冲产生，目前这一技术已经非常成熟。偏振时间门是利用高次谐波产生效率对泵浦脉冲激光的偏振性质非常敏感这一特性设计。2006年，桑索内等利用偏振时间门技术使用5 fs的激光脉冲产生130as的单阿秒光脉冲。同样基于偏振时间门技术的原理，美国堪萨斯州立大学常增虎教授等提出了双光学时间门和广义双光学时间门方案，他们可以让产生单阿秒光脉冲的驱动激光脉冲宽度长达28fs。双色场时间门方案则是利用高次谐波产生对激光电场强度的敏感特性，采用基频激光叠加一个倍频激光电场合成驱动激光电场。中国科学院上海光学精密机械研究所曾志男等人采用双色相干控制方法可以获得148eV的超宽光谱，理论上这么宽的光谱可以合成小于24 as的超短阿秒光脉冲。此外其他的技术方案也能有效的产生单阿秒光脉冲，如被称为电离时间门的技术方案，这一方案是通过在极短时间内将原子的基态电子电离空，可以采用较长的激光脉冲来产生单阿秒光脉冲。近年来，阿秒光脉冲的脉冲宽度纪录在不断地被刷新。2012年，常增虎教授研究小组利用其提出的双光学时间门方案，产生了67 as 的单阿秒光脉冲。2017年7月在西安举行的第六届国际阿秒物理会议上，常增虎教授研究小组和瑞士的沃纳研究小组同时宣布了利用中红外激光采用偏振门技术产生了53 as的单阿秒光脉冲。一个多月后，沃纳研究小组经过优化，突破了50as大关，产生了43as的单阿秒光脉冲。这也是目前最快的阿秒光脉冲。目前国内在超短阿秒光脉冲产生的技术上也取得了很好的进展，中国科学院物理研究所魏志义研究小组采用振幅时间门获得了160as的阿秒光脉冲。进一步缩短阿秒光脉冲的时间宽度，以及增加阿秒光脉冲的输出能量是科学家们的一个长期追求的目标。随着激光技术的不断发展，人们已经可以产生几个甚至几十个毫焦耳的3~5μm的中红外驱动光源用于产生阿秒光脉冲。根据高次谐波产生理论，单个光子的最大能量正比于激光光强和激光波长的平方，因此在未来采用更强且波长更长的红外驱动激光更适合产生更短的阿秒光脉冲来刷新纪录。
4阿秒光脉冲的应用阿秒光脉冲具有极端超快的特性，这是一件非常酷的事情，人们采用阿秒光脉冲结合泵浦——探测技术已经可以探测数十阿秒的超快电子动力学过程，并且能够在原子尺度内实时控制电子的运动。阿秒光脉冲的应用是人类正在开拓的一个全新科学领域，它不仅能帮助科研人员分析原子和分子内电子的运动过程、原子核结构等基础物理学问题，也在为材料科学和生命科学等提供全新的研究手段。目前，人们应用阿秒光脉冲研究原子和分子中的超快电子动力学，关于原子的物理现象主要是原子内电子电离、多电子俄歇衰变、电子激发弛豫和成像等，而关于分子的研究主要是分子的解离过程和控制、分子的振动和转动与超快电子运动的耦合等。例如，德国的克劳茨研究组采用250as的阿秒光脉冲作用氖原子和氙原子研究电子的激发和隧穿电离，观察到了氖的二价正离子的产率上升时间为400as。2017年，加拿大的维伦纽夫研究组采用阿秒脉冲串联合红外激光电场实现了对氖原子的阿秒电子波包的成像(见图4)。
图4 采用阿秒光脉冲串联合红外激光对阿秒电子波包成像的实验结果(上)和理论结果(下)
人们对凝聚态物理中的许多超快电子过程也有极大兴趣，这些过程包括表面电子屏蔽效应、热电子、电子空穴动力学等。采用阿秒光脉冲实时检测和控制这些凝聚态中的超快电子过程将有助于改进基于电子的信息技术。目前，阿秒光脉冲在凝聚态物质方面主要是研究表面电子瞬态结构。2007年，克劳茨研究组用阿秒光脉冲对固体表面电子进行检测时发现局域4f态和非局域导带电子发射存在100as的时间差。此外，阿秒光脉冲结合瞬态吸收谱技术已经从较早的原子分子体系拓展到了凝聚态体系的研究，结合阿秒光脉冲的超快时间分辨和超宽的光谱范围，有可能为凝聚态物质这种复杂体系的电子动力学研究发展新的技术手段，开拓新的方向。阿秒光脉冲的高能X射线与凝聚态物质中紧密束缚的电子相互作用还可以探测特定原子中电子的空间位置以及瞬间的运动状态，这为研究具有化学元素特异性材料中电子的快速过程提供另类方法。这种能力对于像今天使用的手机和计算机的下一代逻辑和存储芯片这样的发展来说是非常宝贵的。阿秒光脉冲应用从凝聚态还可以延伸到有机分子和生物分子等更加复杂的体系。在生命科学领域，由于阿秒光脉冲的高能量光子已经可以达到一个能量范围在280eV到530eV间的光谱区域，即所谓的“水窗”，在此区域的光子不能被水吸收，但是能够被构成生物分子的碳原子、氮原子等原子强烈吸收，因此，阿秒光脉冲可用于对活体生物样本进行X射线显微，探测生命科学中的量子过程，为复杂的生物分子的建模、理解和控制奠定基础。例如，用阿秒光脉冲对活细胞中生物分子的电子和原子制作慢动作视频，观测光电转换过程中亚原子尺度的电子动力学过程，分析叶绿体进行光合作用效率能达到40%以上的原因，进而改进光电转换材料的性能，让光电转换效率在10%徘徊的太阳能电池板能够更高效的利用太阳能，为实现绿色环保的地球贡献力量。总之，由于具有极短的时间分辨，以及可以覆盖包括水窗在内的重要光谱区段，阿秒光脉冲已经成为研究亚原子尺度的物理规律最有力的工具，并且在控制化学合成、从亚原子尺度研究生命现象等方面有着重要的应用前景。本文经授权转载自微信公众号“ 现代物理知识杂志”。
来源：返朴（公众号)链接：https://mp.weixin.qq.com/s/4lZhg6q4kaek2jlruNmx6g编辑：程博
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