科學快報 重磅！物理學家創造出迄今為止最大的量子疊加態，【科學快報】第257期

一塊由近1萬個原子組成的實心金屬疙瘩剛剛被證實可以同時存在於兩個不同的地方 這並不是科幻小說 而是維也納大學物理學家團隊1月21號發表的頂尖期刊自然雜誌上的最新成果 他們成功讓一個宏觀尺度的金屬納米顆粒進入了量子疊加態 打破了人類在這一領域保持的所有記錄 在我們的常識裏 玻璃二象性通常只屬於電子光子或者單個原子這些微觀粒子 像彈珠石塊這樣的宏觀物體位置是固定的 不可能像幽靈一樣寄在這裏又在那裏 也不會像那隻薛定諤的貓一樣寄死了又活着 但這次實驗顛覆了這一點 科學家使用的不是單個原子 只是一個直徑約八納米的納原子彈簇 別小看這個八納米 它的體量相當於現代芯片晶體管的大小 它包含了5000到1萬個原子 質量超過了17萬個原子質量單位 這比很多蛋白質分子都要重得多 在量子物理的尺度上 這絕對算得上是一個龐然達物了 爲了捕捉這個巨物的量子效應 零星團隊製造了一個極度精密的干涉裝置 他們首先將這些納原子彈簇冷卻 然後讓它們穿過三道由紫外激光組成的顏色光山 第一道激光就像一個篩子 把金屬彈簇的位置模糊掉 讓它進入一種量子給壓態 這時候不極的事情發生了 這個金屬彈簇並沒有選擇單一的路徑飛行 而是像水波一樣同時穿過了不同的路徑 它的位置不再是固定的 這種位置模糊的範圍甚至比它自身的尺寸還要大幾十倍 最後 當這些可能性的路徑在重點重合時 探測器上出現了清晰的干涉條本 這是隻有波纔會產生的圖案 這些抽象的概念之間是怎樣的一個關係呢 因爲物質具有波動的內在屬性 疊加態屬於是外在表現 而這種疊加的不同路徑最終交匯時就會產生波特有的干涉現象 也就是我們看到的實驗證據 實驗研究引入了一個專門的指標叫宏觀度 它用來衡量這類實驗的硬核程度的 這次實驗的數值達到了15.5 比之前的記錄直接提高了一個數量級 如果用電子來達到同樣的標準 你需要讓電子保持這種疊加態整整一億年 而維也納大學團隊僅僅用了百萬分之一秒 這是目前人類在宏觀尺度上對量子力學進行的最強有力的測試 這樣研究不僅實錘的量子力學在更大的尺度上依然有效 還排除了許多試圖修改量子理論的替代模型 他們製造的這種極端敏感的干涉儀 未來可以作爲超高精度的傳感器 用來探測極其微弱的力 甚至幫助我們探索引力和量子力學的邊界 佈雷特規則最早於1924年被提出 他說的是橋頭位置不能存在碳碳雙鍵 這些結構上的雙鍵會扭曲變形 偏離教科書中錫釘的剛性及和構性 在2024年 一個銀團隊打破了這一規則 成功合成出了反佈雷特錫釘 而現在他們的研究更進一步 開發出了更特殊的龍狀分子 立方錫和四環錫 這些分子還有雙鍵 論文已於1月21號發表在了自然化學雜誌上 其關鍵突破有兩點 一個是幾何結構的扭曲 這些分子中的雙鍵碳原子被迫變成了高度初心化的金塔結構 完全背離了雙鍵定位平面的常規認知 第二個是間接的改變 由於這種極端的幾何扭曲 雙鍵的強度被削弱了 通常雙鍵的鍵極是2 代表共享兩對電子 但這種新分子的鍵極更接近1.5 介於單鍵和雙鍵之間 這說明化學鍵的規則並非絕對 而是可以隨分子結構變化的 不過目前這兩種分子還都非常不穩定 這一系列的研究最大的應用前景在於藥物研發領域 因爲許多藥物分子的結構都比較簡單 扁平 而具有複雜三維立體結構的分子啊 有望幫助開發出效果更好 副作用更小的新藥 尾部望遠鏡拍到的神祕小紅點終於破案了 1月14號 科本哈根大學的研究團隊在自然封面上發表了重磅結論 這些困擾天文學界的小紅點 既不是星系也不是恆星 而是被氣體鹼包裹的嬰兒黑洞 爲什麼是紅色的 因爲這些黑洞正處於瘋狂的生長爆發期 他們吞噬氣體時會產生數百萬度的高溫 但本體被厚重的氣體鹼嚴密包裹 波長較短的光都被過濾掉了 最終只透出了紅光 這個發現完美解釋了宇宙早期的怪象 爲什麼在大爆炸後僅七億年 宇宙中就能出現數十億倍太陽質量的超級黑洞 答案就是這些小紅點 這些黑洞的質量雖然只有太陽的1000萬倍 比預想的要強很多 但他們正是通過這種特殊的暴飲暴舌的模式迅速增重 不過也因爲他們的進食過程太過劇烈 輻射把大部分氣體物質都給吹飛了 所以只有極少量被真正的吞下去 簡單說 尾部望遠鏡看到的那些神祕紅點其實就是第一批黑洞的嬰兒房 這一發現不僅解釋了紅點的來源 更讓我們看到了宇宙早期那些龐然大物到底是如何從混沌中誕生的 過去我們一直把天王星和海王星叫做冰巨星 但蘇黎世大學的最新研究指出 這兩顆星球可能根本不是冰球 而是巨大的岩石行星 以前的分類其實有個比較大的bug 我們太依賴理論假設 缺乏實地數據 這次 研究團隊開發了一個不預設偏見的全新模型 就是消除了先入爲主的影響 不要設定它是不是水做的 而是把海量的內部密度結構數據扔給計算機 去匹配真實觀測到的引力場數據 模擬結果非常驚人 要符合目前的觀測 天王星和海王星並不一定非得富含冰 他們完全可能由岩石主導 性質上反而更像一個超大號的冥王星 這個新模型還順便解開了一個困擾科技界多年的謎題 磁場 地球有清晰的南北磁集 但天王星和海王星的磁場卻亂七八糟的 新的模擬顯示 他們內部特殊的離子水層能完美解釋這種混亂的多級磁場 而且推測出天王星的磁場源頭比海王星藏的更深 當然 目前的結論只是說 現有的物理數據無法區分他們到底是水多還是石頭多 他們既可能是冰巨星 也可能是岩石巨星 想徹底的揭開謎題 唯一的辦法就是發射專門的探測器 飛過去實地看一眼 人們一直相信馬能嗅到恐懼 但那僅僅是民間傳說 而1月14號發表的一項先進發現 這種說法並非無稽之談 研究結果表明 馬的確能夠感知與人類情緒相關的化學信號 而且這些信號會影響他們的行爲和生理技能 當人們感到恐懼時 身體會釋放腎上腺素和皮脂醇等激素 汗液成分也會改變 人類參與者被安排看了一些恐怖電影 然後從夜下收集他們的體味 之後再將這些氣味暴露給馬匹 當馬接受到與恐懼相關的氣味時 他們表現出了明顯的行爲和勝利變化 馬變得更加警覺 對突發事件的反應更加強烈 並且更不願意接近人類 所以馬僅通過嗅覺就能感知人類的情緒 還能對其做出反應