新華社二月國外科技新動態(tài)匯總（四）
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2018-2-10 青野云麓
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5000℃！超離子水冰首次“現(xiàn)形”
據(jù)英國《獨立報》官網(wǎng)6日報道，美國科學(xué)家在5000℃高溫下，首次創(chuàng)造了一種奇特的水態(tài)，稱為“超離子水冰”。研究人員認為，這種物質(zhì)是太陽系中遙遠行星結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，這一成果或有助于研究海王星和天王星的磁場。
科學(xué)家早在1988年就預(yù)測了這種物質(zhì)的存在，數(shù)學(xué)模擬似乎也證明了其存在，這是首次在實驗室獲得這一物質(zhì)。
該研究負責(zé)人、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學(xué)家馬里烏斯·米洛博士解釋說，他們使用了一種名為“激光驅(qū)動沖擊壓縮”的技術(shù)，不僅確認了這一物質(zhì)的存在，還驗證了有關(guān)海王星和天王星等行星含有這些物質(zhì)的預(yù)測。研究發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。
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普通的冰由水分子組成，這些水分子連接起來形成固體;而超離子水冰由離子(帶正或負電荷的原子)組成。具體來說，其結(jié)構(gòu)由氧離子形成的固體晶體和流過其中的氫離子組成。與普通冰不同，超離子水冰要在極高溫度和壓力下才能形成。
在實驗中，研究人員先碾碎位于兩塊鉆石之間的冰塊，然后發(fā)射激光以進一步增加壓力和熱量，在接近5000℃的高溫和兩倍大氣壓的高壓下，他們看到了一塊超離子水冰形成并融化的證據(jù)，整個實驗歷時10—20納秒。
雖然超級離子水冰在地球上任何地方都找不到，但可能在天王星和海王星內(nèi)部大量存在，這些行星內(nèi)部的高溫和高壓與米洛團隊在實驗中創(chuàng)造出的類似。
有科學(xué)家指出，遙遠行星內(nèi)部存在這種物質(zhì)，或許可以解釋它們不尋常的磁場。
研究人員表示，他們下一步計劃確定超離子水冰中發(fā)現(xiàn)的氧晶體結(jié)構(gòu)。
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強激光實驗首次證明光可阻礙電子
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據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7日報道，英國團隊用超強激光照射電子，首次在實驗室展示了光讓電子速度減慢的輻射反應(yīng)，這揭示了超越經(jīng)典物理的動力學(xué)，并暗示量子效應(yīng)的存在，有助于科學(xué)家更好地理解宇宙內(nèi)某些最極端環(huán)境中發(fā)生的現(xiàn)象以及量子電動力學(xué)。
當光線照射一個物體時，一些光會從物體表面散射回來，但如果物體移動速度夠快，且光線夠強，就會發(fā)生奇怪的事情。例如，電子會劇烈搖晃，速度放慢，因為它們輻射出了太多能量，這一過程被稱為“輻射反應(yīng)”?？茖W(xué)家認為，這種反應(yīng)出現(xiàn)在黑洞和類星體等物體周圍，因此，能在實驗室測量輻射反應(yīng)，將幫助他們更好地理解宇宙內(nèi)某些最極端環(huán)境中發(fā)生的現(xiàn)象。
現(xiàn)在，由英國帝國理工學(xué)院科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，通過讓一束比太陽表面的光亮千萬億倍的激光與一束高能電子發(fā)生碰撞，首次在實驗室觀察到了輻射反應(yīng)。研究發(fā)表在8日出版的《物理評論X》上。
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研究人員解釋稱，從一個接近光速運動物體反射的光子的能量會增加，因此，在最新實驗的極端條件下，反射光會從光譜的可見光部分轉(zhuǎn)變成高能伽馬射線。研究作者、帝國理工學(xué)院物理系斯圖爾特·芒格斯博士說：“當我們檢測到非常明亮的高能伽馬射線輻射時，我們知道，激光束和電子束發(fā)生了對撞。我們還發(fā)現(xiàn)，成功碰撞電子的能量低于預(yù)期，這是輻射反應(yīng)的明顯證據(jù)。這表明，電子被一片不足一根頭發(fā)絲厚度的光線有效阻礙了。”
此外，實驗數(shù)據(jù)也與基于量子電動力學(xué)原理的理論模型(而非麥克斯韋方程)更好地吻合，可幫助科學(xué)家更好地理解量子電動力學(xué)，這些實驗也成為量子領(lǐng)域高強度激光研究的基礎(chǔ)。
研究人員還指出，他們計劃明年以更高強度或更高能量電子束進行更多實驗，對這項研究進行證實。
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超級木材可替代合金
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英國《自然》雜志8日發(fā)表了一項材料學(xué)最新進展：美國科學(xué)家研發(fā)出一種可以將天然木材制成高性能結(jié)構(gòu)材料的全新簡易方法。這種新問世的密實木材，無論是強度、韌性，還是抗彈性能，都表現(xiàn)出眾，不但質(zhì)量極輕，耐用度還幾乎高于目前所有結(jié)構(gòu)金屬和合金。
一般而言，具有超凡力學(xué)性能的合成結(jié)構(gòu)材料都比較重，有些對環(huán)境有害，有些制造成本高昂(如基于聚合物的復(fù)合材料和仿生復(fù)合材料)。相比之下，天然木材成本低、資源豐富，作為一種結(jié)構(gòu)材料用于建筑和家具已有幾千年之久，且始終保持著重要地位。但是，木材的力學(xué)性能實在有限，通常不能滿足許多高級工程結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的需要。
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此次，美國馬里蘭大學(xué)一組研究團隊，開發(fā)出了一種在木材表面密實化之前處理木材的方法。這種木材表面的密實化，旨在大幅提高木材的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。一般在潮濕條件下，如果采用現(xiàn)有工藝處理，木材易發(fā)軟，但是該團隊所開發(fā)的方法卻不受影響。
研究人員表明，在熱壓前去除部分木質(zhì)素和半纖維素成分，可以更加有效地壓縮木材，厚度減少80%，密度可達原來的3倍。徹底去除木質(zhì)素和半纖維素會導(dǎo)致材質(zhì)低劣，因此研究人員認為必須保留部分木質(zhì)素以便黏合木材。通過這種方法制成的材料擁有極其出眾的強度、韌性和抗彈性能，而且防潮、輕質(zhì)、加工簡單便宜，對環(huán)境的破壞小。
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長效抗HIV藥可抑制病毒至少四周
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據(jù)英國《自然·通訊》雜志7日發(fā)表的一項醫(yī)學(xué)最新研究，美國科學(xué)家在小鼠實驗中展示了一種長效、可注射的抗人類免疫缺陷病毒(HIV，即艾滋病病毒)藥物。其一劑注射中包含的藥物濃度，足以抑制HIV在小鼠血液及組織中復(fù)制至少一個月。
HIV是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，其逆轉(zhuǎn)錄過程就是在病毒逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下完成的。而人類采取的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療，正是將HIV感染從一種致命病狀轉(zhuǎn)化成一種可控的慢性疾病。不過，這也意味著艾滋病病人需要每天注射藥物，對其產(chǎn)生依賴，并有可能導(dǎo)致抗藥性HIV的產(chǎn)生。如果有一種不需要如此高頻率注射的藥物，比如每周、每月或每兩個月一次，將是更好也更受患者歡迎的替代療法。
此次，美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)醫(yī)學(xué)中心科學(xué)家霍華德·根德爾曼及其同事，對一種名為度魯特韋的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物做了化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾。該藥是美國食品和藥物管理局(FDA)批準的第三個HIV整合酶抑制劑，其通過阻斷整合酶，可以預(yù)防HIV增殖，并可以減少體內(nèi)HIV的數(shù)量。研究人員在度魯特韋上添加一個長碳鏈，并將前體藥物(一種不活潑化合物，通過新陳代謝可產(chǎn)生一種活性藥物)裝入一個聚合物。在小鼠實驗中，最后配成的藥物表現(xiàn)出高抗逆轉(zhuǎn)錄病毒活性超過4周。
雖然一些長效、可注射的抗HIV療法仍在臨床試驗中，但是許多病人已經(jīng)開始使用度魯特韋了。而此次的最新藥方，能更好地使藥物滲入成為病毒儲主的細胞和組織。
和其他當前正在測試的長效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物相比，這種新藥所需的注射量更小。后續(xù)研究將會重點關(guān)注度魯特韋和其他藥物的混合配方，以及開展人體試驗的可能性，包括治療被感染的病人和預(yù)防健康個體受感染。
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小龍蝦基因組序列出爐揭秘緣由
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一個新物種如何在短時間內(nèi)崛起，基因組測序可以提供線索。英國《自然·生態(tài)與進化》雜志5日在線發(fā)表的一篇論文，首次報告了美洲龍紋螯蝦的基因組序列，有助于揭示這種單性繁殖的動物，如何在短短20年間就從德國寵物貿(mào)易的寵兒，變?yōu)轳R達加斯加的強大入侵生物。
美洲龍紋螯蝦在上世紀90年代首次被發(fā)現(xiàn)。據(jù)資料稱，幾只生活在德國水族館的北美龍紋螯蝦獲得第三組完整的染色體時，美洲龍紋螯蝦便誕生了。而大多數(shù)有性繁殖動物只有兩組染色體，一組來自父本，一組來自母本。從那時起，龍紋螯蝦從圈養(yǎng)環(huán)境散布到全世界的淡水生態(tài)系統(tǒng)，而且似乎特別適應(yīng)馬達加斯加。
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德國癌癥研究中心的科學(xué)家團隊此次對11只美洲龍紋螯蝦(一些來自野外，一些來自寵物貿(mào)易)和一些龍紋螯蝦及另一種親緣物種的個體基因組進行測序。他們證實，所有美洲龍紋螯蝦個體在遺傳學(xué)上幾乎相同，從物種出現(xiàn)以來只發(fā)生了幾處變異。他們還發(fā)現(xiàn)一組染色體比其他兩組更獨特，這意味著該物種是兩只有遠親關(guān)系的龍紋螯蝦個體的后代。根據(jù)在馬達加斯加野外捕捉到的個體，研究人員發(fā)現(xiàn)，在過去10年里，美洲龍紋螯蝦的數(shù)量在當?shù)胤?00倍，估計現(xiàn)在有上百萬只個體。
這些結(jié)果首次提供了一種十足目甲殼動物(該類群包括蟹、龍蝦、蝦)的基因組序列，以及一個新物種如何在短時間內(nèi)崛起的線索。此外，研究強調(diào)了這種侵略性物種在馬達加斯加迅速傳播，給當?shù)匚锓N和淡水生態(tài)系統(tǒng)帶來的潛在危害。
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