目 录
1. 查找轴子的比赛
2. 绝缘、超导和铁磁性能够一起完成？三层石墨烯做到了
3. 扯开塑料袋也会发作微塑料
4. 勘探地球周边的暗物质
5. 达尔文进化理论的新证明
6. 科学家模仿印巴核战争，成果是全球打饥荒
7. 手怎么从鱼鳍演化而来？
8. 微调碳14定年法或许“改写”前史
撰文 |董唯元、杨凌、顾舒晨、韩若冰、于槐、小破
1查找轴子的比赛
轴子（Axion）不只是世界暗物质的抱负候选者，也是规范模型扩展作业的中心焦点之一，承载着强CP问题、反物质缺失、宇称不守恒的来历等许多极为重要的根底理论问题。（参看《一个对称性处理三个世界学难题》）假如说2012年发现的“天主粒子”是规范模型1.0版别的终究一块拼图，那么承认轴子的存在将是正式发动规范模型2.0版别晋级之路的第一步。
如此重要的范畴，天然招引着很多参加者剧烈比赛。自2014年以来，美国、欧洲和亚洲的多个研讨机构，都纷繁参加查找轴子的比赛。仅在上星期，《物理谈论快报》（PRL）就别离在3月11日和3月13日连续宣布了两篇探寻轴子试验的定论陈述。这两篇论文别离来自美国华盛顿大学的ADMX试验室（Axion Dark Matter eXperiment），和韩国根底科学研讨院的CAPP研讨中心（Center for Axion and Precision Physics Research）。
两个研讨机构选用的勘探办法十分相似，都是选用“张网捕鱼”的办法期望捕获银河系中的轴子。他们所用的“网”，便是一个置身在强磁场中的微波共振腔。轴子一旦落入这张“网”，就会有必定概率转化为光子。所以暗物质轴子这种懒散的小通明，就变身成为可勘探的萤火虫。
不过轴子的质量出奇的细小，只要μeV量级，相当于电子质量的10^-11（千亿分之一），所以即便转化成光子，能量也十分低，勘探难度相当大。所以研讨团队不能一次性扫描验证很多能谱，只能在一次次精心调校设备之后，一小段一小段的摸排轴子的质量规模。
来自ADMX的论文[1]扫除了轴子质量规模在2.81-3.31μeV之内的或许性，加上两年前ADMX现已验证过的2.66-2.81μeV质量规模[2]，现在现已扫除的整体规模扩展到了2.66-3.31μeV。
ADMX扫除去的轴子质量规模 | 来历：[1]
来自韩国CAPP的论文[3]则扫除了6.62-6.82μeV这一规模。风趣的是，CAPP的论文中除了展示自己的效果，还一起将ADMX等其他研讨机构从前的效果也一起进行了横向比照。惋惜论文从递交到宣布存在一段时刻延迟，所以在CAPP宣布于3月13日的论文中，并未包括ADMX刚刚在两天之前发布的上述最新效果。
从这些无伤大雅的小小乌龙事情中，查找暗物质轴子这场比赛的剧烈程度也可见一斑。
[1] DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.101303
[2] N. Du et al. (ADMX Collaboration), Phys. Rev. Lett. 120, 151301 (2018).
[3] DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.101802
2绝缘、超导和铁磁性能够一起完成？三层石墨烯做到了
经过将三层石墨烯交织叠加，加州大学伯克利分校王枫课题组和复旦大学张远波课题组的研讨人员制备出了一种器材，能够一起完成三种悬殊的性质：绝缘、超导和铁磁性。这种具有独特性质的石墨烯器材有望运用于量子核算机等范畴。相关研讨已于近来宣布在《天然》杂志[1, 2]上。
自2004年石墨烯被发现以来，这种仅由一层碳原子构成的二维资料就展示了许多拔尖的热学、力学和电学等性质。2016年，两层石墨烯以“魔角”彼此堆叠而发作超导特性，更是引爆了“改动电子学”（Twistronics）这一范畴的热度。
传统电路中的磁性资料一般由含有铁或钴的合金制成。这种磁性资料好像条形磁铁相同自带南北极，可当作硬盘存储数据的办法，磁极的方向代表1或0。但石墨烯由碳原子构成，自身并没有磁性。那么，研讨人员是怎么让石墨烯资料表现出铁磁性的呢？
在试验中，他们将三层石墨烯夹在两层氮化硼傍边，以必定视点交织叠放，构成摩尔纹的超晶格。当施加门电压时，电子被唆使沿着相同方向做圆周运动，使得器材具有铁磁性。
三层石墨烯夹在两层氮化硼傍边构成摩尔纹超晶格，内部具有铁磁性，边际则表现出超导电性 | 来历：Guorui Chen/Berkeley Lab
丈量成果标明，石墨烯内部不只要铁磁性，并且是绝缘的，可是边际却支撑电流毫无阻止地活动，也便是表现出超导电性。这些都是一种稀有的绝缘体——陈绝缘体（Chern insulator）的特征，标明资料具有非同一般的拓扑学性质。
进一步的核算标明，石墨烯器材有两个导电的边际，而不是只要一个，因而，这种器材成为第一个被观测到的“高阶”陈绝缘体（陈数=2），而正是三层石墨烯内部激烈的电子彼此效果导致了这种独特的性质 。
“陈绝缘体”中的“陈”，来自以数学家陈省身姓名命名的“陈数（Chern number）”。在二维资猜中电子的动量空间上，对电子波函数的Berry相位积分，得到的数就叫陈数。陈数不为零的绝缘体被称为陈绝缘体。最为人所知的陈绝缘体大概是能轻松完成整数量子霍尔效应的二维电子气了。可是，使二维电子气成为陈绝缘体需求很强的磁场，而此次制备的石墨烯器材并不需求外加磁场。
陈绝缘体有望为操作量子信息供给潜在的新办法，在量子核算范畴，科学家一向专心于寻觅陈绝缘体。而这项研讨标明，石墨烯不只要助于对超导的研讨，现在也可用于研讨二维资料的拓扑物理。
[1] Chen, G., Sharpe, A.L., Fox, E.J. et al. Tunable correlated Chern insulator and ferromagnetism in a moiré superlattice. Nature 579, 56–61 (2020)
[2] https://newscenter.lbl.gov/2020/03/04/2d-material-gets-a-new-gig/
3
扯开塑料袋也会发作微塑料
每年人类向环境排放百万吨级的塑料，而尺度在1um-5mm的微塑料颗粒能够进入人体。人们对这些微塑料进入人体的进程并不彻底清楚，普遍以为或许来自人类的食物链，比方海鲜、蜂蜜、自来水等，也或许来自于从空气中吸入。一项最新研讨告知咱们，若要在日子中操控和削减微塑料的发作，还应该当心扯开塑料袋这类细小的行为。
一般来说，微塑料颗粒的发作有直接和直接两个源头，直接源头来自于工业生产，如化妆品内含有研磨效果的塑料微粒；直接源头是指一般塑料制品在物理、化学或生物效果下分解成的碎粒。来自哈尔滨工业大学和澳大利亚纽卡斯尔大学的研讨者们发现[1]，即便像扯开塑料袋、拧开塑料瓶盖等这样的日常行为也会发作微塑料。
科学家们用石英晶体微天枰（QCM）和傅立叶改换红外光谱仪（FT-IR）查找这些行为进程中发作的微塑料，并用扫描电子显微镜（SEM）实践调查剖析了这些微塑料的形状。
科学家们测验对不同的塑料物品进行试验，包括塑料袋、塑料瓶、橡胶手套等，办法包括手撕、剪开、刀割等。各种不同的物品在不同的办法下，会发作不同形状的微塑料颗粒，发作的多少取决于用力的巨细、粗犷的程度以及塑料资料的密度和尺度等要素。这些微塑料颗粒会跟着风或许水四处分散和传达，进入到环境中，而其间的一部分终究会进入到人体，但它们的危险性还有待进一步研讨。
[1] https://nature.com/articles/s41598-020-61146-4
4勘探地球周边的暗物质
按现在的知道，咱们尽管尚不知道世界暗物质具体由哪些物质构成，但它们确认无疑地具有如下两大特色：一是几乎不参加电磁彼此效果；二是有质量能够发作引力效应。前者是说暗物质能够像崂山道士相同穿墙而过，不遭到一般物质的任何阻挠。而后者则更风趣，研讨者们一向在考虑：已然暗物质能够发作引力，那它们之间是否能够终究靠彼此招引结成团块乃至天体呢？
假如暗物质团块的质量超越月球质量以上，天文学家就能够终究靠一种称为“微引力透镜”的现象发现它们的踪影。经过数十年的奋力查找，现在天文学家现已根本确认，世界中不存在质量介于月球质量以上、15个太阳质量以下的暗物质天体。近年来，跟着引力波勘探才能的增强，这必定论进一步得到了加强。因为暗物质天体假如与中子星或许其他暗物质天体彼此交融，也会辐射引力波，而LIGO至今也从没有收听到过这类引力波。
关于更小质量的暗物质团块，研讨者们选用了别的一种办法来进行勘探：运用暗物质能够与一般物质彼此穿透这一特色，捕捉暗物质团块进入其他一般物质时对重力发作的影响。假如在地球轨道上存在暗物质团块，那么跟着地球公转，就会有暗物质穿过地球。当暗物质处在地球以内最近一段时刻，就会对地表重力发作影响。
美国伯明顿大学的C. J. Horowitz和德国斯图加特大学的R. Widmer-Schnidrig正是依据这一思路，剖析了许多地球重力的前史数据。这些数据来自于世界各地的重力监测仪，拜超导技术所赐，这些监测仪器均以极高精度记载着地球重力场中哪怕极端细小的扰动改动。
经过剖析，两位研讨者得出的定论[1]是：地球轨道上不存在质量大于十万亿分之一地球质量的暗物质团块。看来暗物质似乎是一种十分不团结的物质，尽管能发作引力效应，却不乐意像一般物质相同相互抱团结组成整坨的团块。当然地球质量的10^-13仍然是一个比较大的概念，差不多相当于6亿吨，比地球上一切活人加在一起的总质量还要多。
[1] arXiv:1912.00940v1 [astro-ph.EP]
5达尔文进化理论的新证明
达尔文进化论中的一条理论初次得到了研讨者的证明[1, 2]：动物亚种在进化中起着比以往以为的更重要的效果。一个物种是指一组能够在彼此之间自在繁衍的动物，有的物种包括多个亚种，即生理特征和繁衍地域有差异的集体。
《物种来源》一书写道：包括更多物种的动物谱系也应包括更多的“种类”。这儿的“种类”即现代意义上的亚种。英国剑桥大学的研讨人员经过调查天然学家数百年来搜集的数据，证明了达尔文的假定。研讨者发现，哺乳动物的物种和亚种之间的进化联系因其栖息地而异。在非陆地和陆地生境中，亚种的构成、多样化和数量添加的办法有所差异，这影响了亚种终究怎么成为物种。
在研讨物种丰厚度与亚种丰厚度之间的联系强度后，研讨者还以为，亚种应当被看作是新物种构成的前期阶段，可是关于不同的组群，影响进化的要素不尽相同。
研讨者提出了科学正告：人类对动物栖息地的损坏不只会影响动物当下的日子，还将影响它们未来的进化，这些影响的巨细取决于动物的活动和繁衍区域被损坏的程度。动物的亚种常常被疏忽，但它们在长时刻的进化动力学中承当了重要人物。
这项研讨可拿来猜测人们应该重点保护哪些物种，以避免它们濒危或灭绝。
[1] https:///articles/s41586-020-2100-8 8
8 微调碳14定年法或许“改写”前史
放射性碳定年法是运用天然中碳14同位素的放射性确认时代的办法，是考古学中精度最高、运用最广的一种测年办法。放射性碳定年的成果能够用树轮编年法来校对。从1986年开端，科学家依据北半球树木制造出树木年轮校对曲线并不断更新。这一曲线一向是欧洲和地中海放射性碳定年的根底，并为史前史设定了时刻结构。但美国康奈尔大学考古学教授Sturd Manning的团队发现，渐渐的变多的依据标明同一年的放射性碳水平在一些独立的小区域或许存在差异，因而某些前史事情的时刻断定也需求微调，这将改动地中海区域前史上的某些要害时代。该研讨效果已于3月18日宣布于《科学发展》杂志[1, 2]。
地球上的放射性碳水平跟着时节改变而存在差异，有冬天低、夏日高的特色，并能够体现在树木年轮上。因为区域间的时节差异形成的树木生长时刻的不同，仅运用单一的规范曲线并不能精确断定一切区域前史事情发作的时代。经过比较几千年前北欧和地中海的放射性碳数据，研讨人员证明了地中海放射性碳水平存在一些尽管小却要害的改动时期，将导致几十年的定年差错。这对地中海区域前史年表的树立十分要害，很或许谐和之前因为放射性碳定年与前史研讨不一致而引起的许多矛盾，如埃及法老图坦卡蒙逝世和掩埋的时刻，以及圣托里尼大规模火山爆发日期的批改等。
这项研讨还提出，有必要拟定一个更具体的地中海区域放射性碳的数据库，以更严格地界定地中海考古的时刻尺度，这也将有助于研讨哪些文明影响了终究发展为古希腊文明的米诺斯和迈锡尼文明。
[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/cu-frd031820.php[2] https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaz1096
