科学家在欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的LHCb实验中，首次观测到一种重子类的衰变复合亚原子粒子中存在物质-反物质不对称现象。这一效应被称为电荷-宇称联合（CP）对称性破坏，此前已有理论预测，但在重子中从未被观察到。这一实验验证尤为重要，因为重子构成了可观测宇宙中的大部分物质。相关研究近日发表于《自然》。宇宙学模型认为，物质和反物质在大爆炸中等量产生，但在今日的宇宙中，物质似乎占据主导地位。这种不平衡被认为是由于物质和反物质的行为差异造成的，即一种被称为CP破坏的对称性破坏。这一效应通过物理学标准模型于60多年前已在介子的亚原子粒子中观测到，但在重子中尚未观察到。和两个夸克组成的介子不同，重子有3个夸克——构成大多数物质的粒子，如中子和质子都是重子。在意大利国家核物理研究院工作的杨雪婷和参与LHCb实验的同事利用LHC质子-质子碰撞的数据，首次观察到重子衰变中CP...
据《自然-通讯》杂志8日报道，芬兰阿尔托大学物理学家宣布，他们通过测量发现一种跨导量子比特的回波相干时间创下新纪录，达到前所未有的1毫秒，突破了此前已发表的科学纪录。此前回波相干时间的最高纪录接近0.6毫秒。这一成果标志着量子计算技术的重大进步。更长的量子比特相干时间意味着，量子计算机在执行计算任务时能维持量子态不被破坏的时间更长，从而支持更复杂的量子逻辑运算和更多的无错操作。这不仅增强了现有“有噪声”量子计算机的计算能力，还降低了量子纠错所需的资源消耗，有望为实现“无噪声”量子计算铺平道路。此次研究测得的跨导量子比特回波相干时间中位数也达到了0.5毫秒。中位数的提高同样意义重大，意味着测量结果的整体性能提升。整个器件的制备过程是在洁净室环境中完成的。洁净室是一种对空气中微粒、温度、湿度和电磁干扰都有极高控制标准的专业实验空间。在制备量子比特这样的纳米级精密器件时，哪怕是空气中的一粒尘...
据最新一期《科学》杂志报道，美国马里兰大学研究团队在探索原子尺度现象对下一代电子与量子器件的影响时，首次拍摄到了单个原子的热振动显微图像，捕捉到量子材料中热运动在原子层面留下的“指纹”，并揭示出一种此前未被实验证实的运动形式“莫尔相位振子”。该研究有望改变超薄电子器件的设计方式。二维材料是一类厚度仅为几纳米的片状结构，正被研究用于发展下一代量子和电子器件。在扭转角度不同的二维材料中，存在一种被称为“莫尔相位振子”的物理现象，对于理解这些材料的热导性、电子行为和结构有序性至关重要。然而，由于实验手段的限制，“莫尔相位振子”一直难以被直接探测，阻碍了对这类前沿材料更深入的理解与应用。为了解决这一难题，研究团队采用了一种名为“电子拼图术”的新技术，实现了目前记录在案的最高分辨率（优于15皮米），并首次检测到因热振动引起的原子图像模糊。这项研究表明，空间局域化的“莫尔相位振子”主导了扭曲二维材...
研究发现，尼安德特人掌握了从骨头中提取脂肪的技术。图片来源：S. Plailly/E. Daynes考古学家发现了尼安德特人从骨头中提炼脂肪的证据。现代人采用这种方法已有2.8万年的历史，而一项对这种“脂肪工厂”的最新研究表明，尼安德特人在12.5万年前就开始这样操作了。相关论文7月2日发表于《科学进展》。脂肪是狩猎采集者饮食的重要组成部分。其中动物骨髓中的脂肪作为一种高热量的营养来源，是对高蛋白饮食的重要补充。在提炼脂肪的过程中，人们会用石锤把骨头敲成小段，而后将其煮沸，脂肪则会析出并浮到水面，在冷却后即可取食。有人推测，这一过程会使用由树皮和动物组织制作的容器。但这类材料容易腐烂，在考古记录中很难找到。在这项研究中，团队从德国诺伊马克诺德遗址的地层中挖掘出数千块骨头碎片及其他遗骸和人工制品。该遗址的年代约为12.5万年前。这些骨头严重碎裂且带有切割痕迹，至少取自172只大型动物。这...
天文学家利用“Alopeke”仪器发现了一颗围绕参宿四运行的伴星。图片来源：国际双子座天文台据最新一期《天体物理学杂志快报》报道，美国国家航空航天局天文学家首次直接探测到著名恒星参宿四的一颗伴星。这颗伴星以极近轨道绕行主星，或是造成参宿四6年周期性亮度变化的关键因素。该发现不仅解开了困扰天文学界多年的参宿四“忽明忽暗”之谜，也刷新了对超巨星系统结构与演化的认知。参宿四是猎户座中最亮的恒星之一，也是距离地球最近的红超巨星，半径约为太阳的700倍，其体积庞大，肉眼可见。虽然它的年龄仅约1000万年，却因质量过大而已步入恒星生命的末期。天文学家发现参宿四的亮度存在两个周期性的变化：一个周期约为400天，另一个周期长达6年。尤其是2019年底至2020年初，参宿四突然大幅变暗，亮度下降近三分之一，引发全球关注。这一事件被称为“大变暗事件”，一度被误认为是恒星即将爆炸的前兆。后续观测显示，变暗原...
欧洲核子研究中心（CERN）的BASE合作组23日在《自然》杂志上发表了一项突破性成果：首次让一个反质子在量子“自旋上”与“自旋下”状态之间持续稳定地振荡了近一分钟。这标志着首个反物质量子比特的诞生，是反物质研究领域取得的一次重大突破，为更精准地比较物质与反物质的行为差异开辟了新路径。反质子是质子的反物质对应粒子，质量相同但电荷相反。它们就像微小的条形磁铁，可以因量子自旋的不同朝向“上”或“下”两个方向。科学家可利用“相干量子跃迁光谱”技术，测量这些所谓“磁矩”翻转的方式。这项技术不仅在量子传感和量子信息处理中具有重要作用，也为检验自然界基本法则提供了精密工具，特别是电荷—宇称—时间（CPT）对称性。这种对称性规定，物质与反物质在所有物理行为上应完全一致，然而科学家观察到的宇宙却几乎完全由物质构成，这与理论存在明显矛盾。目前，相干量子跃迁已在大量粒子集合和束缚离子中观察到，但还从未在一...
由德国马克斯·普朗克天文研究所领导的团队，利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列，在V883猎户座的原行星盘中首次检测到乙二醇和乙醇腈等多种复杂有机分子。这些分子被认为是生命基本成分的前体，为探索生命起源的宇宙路径提供了重要线索。研究结果发表在最新一期《天体物理学杂志快报》上。V883猎户座正处于恒星形成的活跃阶段，中心恒星仍在通过吸积周围气体不断增长，直到其核心点燃核聚变。在这一过程中，下落的气体升温并引发强烈的辐射爆发，这些高能事件足以加热周围的原行星盘，使原本冻结在尘埃颗粒上的复杂有机分子蒸发并释放到气体中，从而被探测到。此次在V883猎户座系统中检测到17种复杂有机分子，包括乙醇腈和乙二醇。乙醇腈是氨基酸中甘氨酸、丙氨酸及核碱基腺嘌呤的前体，而乙二醇则可能通过乙醇胺经紫外线照射形成，后者是近年来在太空中发现的一种分子，这一过程支持了乙二醇可在星际环境中生成的观点。复杂分子的化学演化并...
研究团队在计算机中进行模拟分析。图片来源：约翰斯·霍普金斯大学美国约翰斯·霍普金斯大学研究人员培育出一种新型“全脑”类器官，不仅包含多个脑区的神经组织，还具有初步的血管结构。这项成果发表在《先进科学》杂志上，展示了首次将各个脑区组织成功整合为一个统一运作的类器官。该突破有望为自闭症、精神分裂症等复杂神经精神疾病的研究开辟新途径。目前大多数论文中提到的脑类器官，只能代表大脑的某个区域，比如大脑皮层、后脑或中脑。而此次培育的是一个初步成型的全脑类器官，研究人员称之为“多区域脑类器官”（MRBO）。在构建全脑类器官时，研究人员先在不同培养皿中分别生成了来自各个脑区的神经细胞以及初步血管结构；然后，利用具有黏附性的“生物胶”蛋白将它们组装起来，使其在发育过程中建立起连接；随着组织融合，该类器官不仅能产生电活动，还具备整体神经网络响应能力。MRBO在细胞类型的多样性方面，与人类胚胎大脑早期发育阶...
日本冲绳科学技术研究所（OIST）与德国马克斯·普朗克进化人类学研究所团队在最新一期《美国国家科学院院刊》发表的研究揭示，50万年前现代人类大脑中基因发生的两个重要变化，重塑了人类的行为模式与认知能力，成为人类进化成功的关键。新发现不仅为人类学研究开辟了新方向，也为探索行为与认知的生物学基础提供了重要窗口。研究显示，现代人类大脑中腺苷酸解酶（ADSL）的稳定性与遗传表达变化，产生了一场细微却深远的生物化学变革。ADSL酶的现代变体，与尼安德特人/丹尼索瓦人存在单个氨基酸差异：第429位的丙氨酸被缬氨酸取代，导致酶的稳定性下降。实验表明，这一变化在小鼠模型中使大脑中的嘌呤代谢底物浓度升高，而嘌呤是构成DNA、RNA及其他重要生物分子的核心成分。更引人注目的是，携带该突变的雌性小鼠在竞争稀缺资源（如水）时，展现出更强的竞争力，提示ADSL活性降低可能赋予人类祖先在特定生存任务中的进化优势。...
人体内的细胞都被一层名为糖萼的糖膜包裹着。它帮助细胞彼此交流，并与免疫系统进行通信。这一过程能够对抗病毒，但在某些情况下也会使癌症扩散。此前没有任何成像工具能够详细显示糖萼中约1纳米大小的微小糖分子。7月28日发表于《自然-纳米技术》的一篇论文中，研究人员揭示了排列在人类微小血管壁上的活细胞表面的糖分子。他们找到了一种方法，使用现有的光学显微镜就能以仅0.9纳米的分辨率对这些糖分子进行成像，而这种分辨率一度被认为是光学显微镜无法达到的。英国伦敦大学学院化学家Sabrina Simoncelli表示，这是首次在细胞内实现亚纳米级光学分辨率成像，这些成果“具有开创性”。“我刚开始读博士时，人们能得到的单糖分子最佳分辨率图像还是模糊的。”论文作者之一、德国马克斯·普朗克光科学研究所的生物物理学家Karim Almahayni 说，“接下来，我们要去了解细胞表面的这些糖分子在健康和患病期间会如...
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