6月6日外媒科学网站摘要:MIT改造薄膜技术,炼油能耗或狂降90%

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Jun 06, 2025

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6月6日(星期五)消息,国外知名科学网站的主要内容如下:

《自然》网站(www.nature.com)

科技里程碑!量子计算机首次实现高能物理实时动态模拟

夸克等亚原子粒子可通过力场的“弦”相互联结,当这些弦被拉伸至断裂时会释放能量。近期,两支国际研究团队利用量子计算机成功模拟了这一现象,并实时观测其动态过程。相关成果发表于《自然》(Nature)期刊,标志着量子计算机在超越经典计算机的复杂模拟领域取得重要进展。

美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家指出,弦断裂是粒子物理中尚未完全理解的关键过程。经典计算机虽能计算粒子碰撞的最终结果,但无法完整模拟中间动态。此次量子模拟的实现为此提供了新途径。

实验中,一支团队使用美国初创公司QuEra的Aquila量子处理器,将信息编码在二维蜂窝结构排列的原子上,通过光学镊子固定原子状态以模拟电场;另一支团队则通过谷歌量子人工智能实验室的Sycamore芯片,以超导环编码量子场。两者分别采用“类比量子模拟”和“数字量子模拟”策略:前者依赖原子间静电作用自主演化,后者通过离散操作手动调控。

模拟结果显示,场中的弦结构可呈现刚性、振动或断裂等状态,甚至出现粒子解束缚现象。尽管该成果对材料物理研究具有潜在价值,但相比粒子对撞机中三维高能相互作用(涉及强核力)的完整模拟仍存在差距。专家坦言,目前尚未找到实现高能物理全模拟的技术路径。

《科学》网站(www.science.org)

大型研究发现:美国人的基因祖源远比种族标签复杂

美国一项针对“全民研究计划”(All of Us Research Program)参与者的研究发现,民众自我报告的种族和民族身份与实际的基因祖源(genetic ancestry)存在显著差异。该研究由美国国立卫生研究院(NIH)支持,分析了超过23万人的基因组数据,结果显示多数人的基因构成呈现跨大陆的混合特征,而非与种族标签严格对应。例如,自认黑人或非裔美国人的群体中,非洲与欧洲祖源的比例差异显著,而拒绝填报种族的参与者(90%以上为拉丁裔)则普遍具有非洲、欧洲和美洲原住民的混合祖源。

研究指出,传统的大陆级祖源分类(如非洲、欧洲、亚洲)过于宽泛,可能掩盖重要差异。细化分析发现,西中非祖源与较高体质指数(BMI)相关,而东非祖源则关联较低BMI,说明相近祖源群体也可能存在健康特征分化。

学术界普遍认为种族是社会建构概念,而非生物学分类。尽管自我报告的种族数据仍能反映社会环境对健康的影响(如歧视性政策),但研究者建议采用更精确的祖源分析方法,例如基因重组图谱。政策层面,美国人口普查局已计划在2030年普查中合并种族与民族选项,以适配人口混居的复杂现实。

该结论目前仅适用于美国社会。在墨西哥、巴西等混血程度更高的国家,种族分类体系可能呈现不同模式。随着科学进展,未来或逐步淘汰传统种族分类框架,转向更精准的基因祖源研究。

《每日科学》网站(www.sciencedaily.com)

天文界重磅预测:未来十年,太阳系天体数量或暴增9倍!

由英国女王大学、美国华盛顿大学等机构组成的国际天文学家团队预测,即将投入运行的薇拉·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)将探测到数百万个新的太阳系小天体,包括小行星、彗星和其他矮行星,大幅提升人类对太阳系的认知。

这座位于智利帕琼山脊的天文台配备8.4米西蒙尼巡天望远镜和32亿像素的“时空遗产巡天相机”(LSST Camera),能以六色滤光片扫描天空,每晚生成20TB数据,未来十年将构建宇宙延时影像和太阳系高精度图谱。研究团队开发的开源软件“Sorcha”模拟显示,鲁宾天文台将彻底改变小天体研究,使已知天体数量增长4-9倍。

具体预测包括:

近地天体:发现12.7万颗(现3.8万颗),潜在威胁天体探测率超70%,显著提升行星防御能力。

主带小行星:突破500万颗(现140万颗),首年获取三分之一天体的颜色与自转数据。

木星特洛伊群:增至10.9万颗(现约1.5万颗),揭示太阳系早期物质组成。

海外天体:柯伊伯带天体达3.7万颗(现约4000颗),助力研究海王星迁移历史。

半人马天体:发现1500-2000颗,首次观测其向彗星的演化过程。

鲁宾天文台的多色观测能力将使研究从“黑白”步入“彩色”时代,其数据将帮助科学家重构行星形成与演化历史,并更精准评估近地天体风险。该天文台计划于今年6月23日发布首批影像,年内启动全面科学观测。相关模拟工具和数据集已开源,供全球研究者使用。

《赛特科技日报》网站(https://scitechdaily.com)

能源界重磅突破:MIT黑科技或让炼油能耗直降90%

将原油转化为汽油、柴油等燃料的炼油过程消耗全球约6%的能源,并产生大量碳排放,其中大部分能耗用于加热分离原油组分。麻省理工学院近期开发出一种革命性薄膜技术,有望将炼油能耗降低90%。

传统炼油依赖沸点差异进行热分馏,而新技术采用分子尺寸过滤原理。研究人员设计了一种抗溶胀的薄膜,通过界面聚合法制成,可高效分离原油中的轻重组分。该薄膜基于改良的反渗透海水淡化膜材料,将传统聚酰胺的酰胺键替换为刚性更强的亚胺键,并引入三蝶烯单体以精确调控孔径,使碳氢化合物快速通过而不引发薄膜膨胀。

测试显示,该薄膜对甲苯与三异丙苯混合物的分离效率达原始浓度的20倍,并能有效处理工业级石脑油、煤油和柴油混合物。若实现工业化,多级薄膜串联系统可逐步替代传统分馏塔,大幅降低能耗。

麻省理工团队指出,界面聚合技术已在海水淡化领域成熟应用,改造现有产线即可量产新型薄膜,具备快速推广潜力。这项突破为石化行业减排提供了全新解决方案,若广泛应用,将显著减少全球炼油领域的能源消耗与碳排放。(刘春)

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