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科学家成功给光打结:将光束变卷饼状

科学 2026-02-25 菜科探索 +
简介:

【菜科解读】


科学家利用一个电脑控制的全息图和理论物理学,把一束光转变成像椒盐卷饼的形状。


这种扭曲的工艺不仅导致一些非常美丽的图案的产生,这一结果对未来的激光装置研制也会产生重大影响。


  据《生命科学》杂志报道,光跟鞋带和电线一样,也可以扭曲、打结。

现在科学家利用一个电脑控制的全息图和理论物理学,把一束光转变成像椒盐卷饼的形状。


  研究人员表示,这种扭曲的工艺不仅导致一些非常美丽的图案的产生,这一结果对未来的激光装置研制也会产生重大影响。


  英格兰布里斯托尔大学的首席研究人员马克?丹尼斯说:“在太空中穿行的光束就像在河流中流淌的水。

”虽然激光指挥棒等物体发出的光都是沿直线运行,但是它也能呈螺旋方式运行。

这种旋转的光被称作光旋涡(optical vortices)。

光沿着螺旋路线运行,最终达到奇点,也就是没有了光。


  丹尼斯说:“我们周围的光充满了这种黑线,只是我们看不到它们。

我们的工作就是弯曲这些黑色结构,使光束打结。

”研究人员知道,可以通过全息图制成光学旋涡。

全息图对光的流向起到引导作用。

通过利用所谓的纤维纽结理论(fibered knot theory),丹尼斯和同事们制成了全息图,并通过反射作用,让常规激光束远离它。

纤维纽结理论是在日常打结的启发下,出现的一种抽象数学分支。


  丹尼斯说:“全息图就像一根引入光的纤维,跟教堂里的彩色玻璃窗非常相似。

经过一面彩色玻璃窗后,光会出现窗户的彩色图案。

”不过它们之间也存在差异,丹尼斯说:“彩色玻璃窗控制颜色,全息图控制光波的状态。

”因此全息图上的每个点,就像窗玻璃上的每一个小格子,改变部分光束上的光波周期里的每一个点。

他们制成的全息图可以改变光的状态,让它沿着黑色结点运行。


  接下来,该科研组通过激光场严密监视照相机,以便拍到光打结的。

他们的研究成果发表在1月17日的《自然?物理学》杂志上。

它是有关这方面的第一项有力证据。

虽然所谓的结点理论对类似于黑色结点的数学问题进行了研究,但是这项最新研究通过遵循光传播规律的数学函数,制成这些结点。

另外,跟制成的与其他结点纽结在一起的黑色结点不一样,丹尼斯和他的同事们在光束里生成单一黑色结点。


  丹尼斯说:“对我们来说,它显示了物理学家是如何适应现有纯数学的(例如结点理论),并在自然现象里发现它的。

它还显示了我们可以利用全息图控制激光流和激光传播。

这种控制手段有可能会被应用在未来的激光装置上。

”丹尼斯表示,对那些想制出自己的结点的人,拥有全息图和一束激光就能梦想成真。


俄罗斯科学家研究蝙蝠免疫力

【环球时报综合报道】俄罗斯研究人员日前弄清了蝙蝠冬眠期间也能抵御感染的原因。

理解微生物组在抵抗应激和疾病中的作用,有助于更准确地评估这些动物的抗病机制及危险病原体由动物向人类传播的风险。

蝙蝠DNA免受损伤机制 俄罗斯科学家参与的一项国际研究表明,蝙蝠冬眠期间,其肠道菌群能比清醒时更活跃地产生保护宿主DNA免受损伤的物质。

研究数据将有助于更好地理解作为某些病毒携带者的蝙蝠如何在其非活跃生命期仍能保持免疫力及其自身微生物在其中扮演的角色。

蝙蝠体内病毒的多样性与其飞行能力、比其他类似体型哺乳动物更长的寿命和群居习性有关。

同时,蝙蝠本身通常不会感染,只是将病毒传播给可能对病原体敏感并患病的其他物种。

俄罗斯顿河国立技术大学(顿河畔罗斯托夫)的科学家发现,Nyctalus noctula(褐山蝠)肠道中的细菌会根据季节和宿主状态不同,分泌有不同特性的生物活性物质。

科学家从深度冬眠期和活跃期的蝙蝠肠道中分离出细菌,随后对其代谢物的生物活性进行评估。

项目负责人、生物学博士、顿河国立技术大学生命系统研究所所长叶尔马科夫(Aleksey Ermakov)教授说:“来自冬眠蝙蝠肠道的细菌更积极地产生保护DNA链免受断裂等损伤的物质。

这意味着冬眠条件下,微生物帮动物细胞避免遗传物质受损。

最有效的‘保护者’是弗氏柠檬酸杆菌和格氏乳球菌。

” 此外,蝙蝠冬眠和清醒时,肠道微生物分泌的氧化损伤细胞物质与抗氧化保护物质总量基本持平,表明其细胞的这种损伤与季节无关。

了解微生物群影响蝙蝠的抗应激能力的机理,有助于更深入地理解蝙蝠的抗病机制,更准确地评估动物传人疾病的传播风险。

初步研究阶段 接下来,科学家计划更深入地研究“宿主-微生物群”的相互关系及肠道微生物如何在蝙蝠的不同生理阶段影响其免疫系统工作。

项目执行人、哲学博士、顿河国立技术大学研究员波波夫(Igor Popov)说:“研究数据可以为城市生态系统(即蝙蝠与人和家畜接触最频繁的地方)的生物安全提供更周密保障措施的科学基础。

顿河国立技术大学的蝙蝠康复中心致力于保护蝙蝠种群、观察蝙蝠,并进行实验室免疫生物学分析,可以成为微生物学、免疫学和城市生态学综合研究的关键平台。

” 俄罗斯皮罗戈夫国立医科大学老年病科研临床中心衰老研究所研究员、医学副博士博尔科夫(Mikhail Bolkov)说:“哺乳动物抗病毒机制非常相似,但蝙蝠具有特殊性,其干扰素水平与体温长期偏高,相当于持续处于‘抗病毒值班状态’。

同时,后续炎症级联反应——对受损细胞和DNA的反应、感染性炎症,在其体内受到抑制。

结果病毒在其体内复制水平很低,免疫系统不攻击病毒,不引起炎症。

同时蝙蝠还有强大的抗肿瘤系统,温和免疫反应则很容易诱发肿瘤,如人类身上。

最终,蝙蝠成了大量病毒的携带者。

” 国家技术倡议FoodNet工作组“智慧供应链”板块负责人科索戈尔(Sergey Kosogor)说,专家对蝙蝠与其携带众多病毒的关联及可传播给人类的周期性灾难性病毒变异的原因与后果仍处于初步研究阶段。

可由蝙蝠传染人类的病原体包括狂犬病毒、尼帕病毒、埃博拉病毒等。

潜在病原体 至于哪些病毒可能成为下次全球大流行的潜在病原体,俄罗斯乌拉尔联邦大学经济与管理学院兼莫斯科物理技术学院未来技术教研室副教授科利亚斯尼科夫(Maksim Kolyasnikov)认为,高致病性H5N1亚型禽流感仍是最有可能的候选者。

他说,该病毒已在野生鸟类、家禽和奶牛中广泛传播,不久前的研究表明,仅需一个突变,它就能具备稳定的人传人能力。

这位科学家说:“尼帕病毒尽管致死率极高,但目前仍呈局部流行。

猴痘2022年暴发后呈下降趋势,但仍需警惕。

D型流感病毒、犬冠状病毒HuPn-2018等研究较少的病原体也值得关注,目前既没有针对其的检测方法,也没有疫苗。

” 本文刊载自《环球时报》“透视俄罗斯”专刊,内容由《俄罗斯报》提供。

比太阳亮一万亿倍,位于怀柔的“超级显微镜”建成试运行

新京报讯(记者张璐)3月29日,2026中关村论坛年会重大成果专场发布会举行,围绕“四个面向”发布21项科技成果。

在随后的新闻发布会上,中国科学院高能物理研究所高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民对入选的“高能同步辐射光源(HEPS)建成试运行”成果进行解读。

2026中关村论坛年会重大成果发布专场活动解读新闻发布会。

新京报记者 张璐 摄 HEPS不仅是亚洲首个第四代同步辐射光源,也是中国首个高能量的同步辐射光源,是目前全球设计亮度最高的同步辐射光源。

这座位于怀柔科学城的“超级显微镜”以“加速电子生产光”为核心原理,能提供高品质的X射线,深层次探索微观世界,2019年正式动工建设,2025年10月通过工艺验收。

“目前,HEPS储存环束流发射度降至56.8皮米・弧度,可发出比太阳亮1万亿倍的X射线,综合性能达到国际同类装置领先水平。

”潘卫民说。

2025年12月3日,HEPS开始了用户实验,截至2026年2月中旬,已为91个单位完成了200余项课题实验,提供近5000小时用户机时,包括清华、北大等国内多所高校和国内外多家研究机构以及比亚迪、宁德时代等领军企业。

其中航空叶片缺陷检测、3D打印材料动态结构捕捉、高铁轮毂应力检测、液态和固态电池原位工况检测、脑器官神经连接图谱、半导体纳米结构成像等多个方向的实验,均取得重要成果,充分验证了HEPS作为第四代同步辐射光源的卓越性能。

3月20日,HEPS 面向全球用户启动了首轮用户课题征集,这是非常重要的里程碑。

“未来,我们将持续优化机器性能,完善用户服务体系,与各领域用户协同创新,并推动跨领域、跨国界协作联动,成为面向全国和世界的重要创新平台。

”他说。

编辑 张磊 校对 卢茜

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