重大突破！首次精确定义单个光子形状，【科学快报】

摘要：我们每天都与光接触，但是你有没有想过，单个光子的形态究竟是什么样子的？近日，伯明翰大学的研究团队开展了一项具有开创性的研究，在量子层面上深入探究了光与物质的相互作用。首次精确定义了单个光子的形状，这是量子物理学和材料科学领域的一次重大突破。也为我们进一步理解光

我们每天都与光接触，但是你有没有想过，单个光子的形态究竟是什么样子的？近日，伯明翰大学的研究团队开展了一项具有开创性的研究，在量子层面上深入探究了光与物质的相互作用。首次精确定义了单个光子的形状，这是量子物理学和材料科学领域的一次重大突破。也为我们进一步理解光的本质开辟了一个新的途径。研究成果已于11月14号发表在了《物理评论快报》上。

人类对光的探索，从意识被点亮的那一刻就已经开始了，关于光到底是粒子还是波的争论，持续了几百年才算告一段落，时至今日，虽然我们已经对光有了一定的理解，然而关于光的本质还是有太多的未解之谜。

光的波粒二象性使得光子能够以特殊的方式与物质发生相互作用，例如被原子吸收或发射。光子与其环境之间的相互作用为光的存在和传播方式提供了无限的可能性。但这种无限的可能性使得对其相互作用进行建模极具挑战性，这也是量子物理学家几十年来一直在尝试解决的难题。

而此次研究通过将光子相互作用的无限可能性分组为不同的集合，建立了一个模型，不仅描述了光子如何与发射它们的原子或分子相互作用，还描述了这种相互作用所产生的能量，如何传播到周围环境中。并且作为该模型的副产品，研究团队还生成了光子的图像，这是在物理学中从未见过的。

为什么要关心光子的形状呢？作为光的量子，光子是电磁辐射的最小单位，在量子力学中被视为能量的载体，参与了众多的物理过程。对光的思考贯穿了整个科学发展的过程。前几天我们说到光本身在特定条件下可以产生投影，也是新进展。光子对于光电转换和信息传输至关重要。了解光子的精确形状和行为可能会对量子计算、通信、传感器、清洁能源、医疗、和环境科学等各个领域产生重大影响。很多信息以前被认为只是“噪音”。但其中却蕴含着非常多的信息，随着我们继续探索量子世界，了解光的构成要素对于基础物理的突破至关重要。凭借这些新知识，我们不但能以全新的视角看待光，还能以从未想象过的方式利用光。

这是一块著名的火星陨石，叫做“黑美人”，近期科廷大学的一个研究团队利用纳米技术，成功探测到了 44.5 亿年前火星上存在热水的证据。

热液系统对于生命的发展至关重要，研究结果表明，在火星地壳形成的早期阶段，火星上也确实存在过水，而水是宜居环境的关键因素。通过纳米级成像和光谱分析，研究小组确定了这颗独特锆石中的元素模式，包括铁、铝、钇和钠。这些元素是在 44.5 亿年前锆石形成时添加的，证实了早期火星岩浆活动期间水的存在。尽管火星地壳遭受了大规模陨石轰击，面目全非，但在距今约 41 亿年前的，前诺亚纪时期，火星上可能就已经存在水了。

科廷大学 2022 年对同一颗锆石颗粒的研究发现，它曾受到陨石冲击，这标志着它是已知第一颗也是唯一一颗火星冲击锆石。

这项新研究让我们对早期火星的了解更加深入。通过识别颗粒形成时富含水的流体迹象，研究人员为已知最古老的火星地壳中的水，提供了关键的地球化学标记。这一研究成果已于11月22号发表在了《科学进展》杂志上。

这4张图像是由太阳轨道器在距离太阳不到 7400 万公里的位置拍摄的，是迄今为止分辨率最高的太阳可见表面也就是光球层的全景图。

放大可见光图像，可以看到不断涌动的炽热等离子带电气体。几乎所有太阳辐射都来自这一层，其温度在 4500 至 6000 °C 之间。在这层下面，炽热、致密的等离子体在太阳的对流区中翻腾，就和地球地幔中的岩浆差不多。由于这种运动，太阳表面呈现出颗粒状外观。这些黑子看起来像是光滑表面上的黑点或洞。太阳黑子比周围环境更冷，因此发出的光更少。

磁图显示，太阳磁场集中在黑子区域。无论黑子位于何处，它要么指向红色的外部，要么指向蓝色的内部。强磁场解释了为什么，太阳黑子内部的等离子体温度较低。通常对流会将热量从太阳内部转移到其表面，但带电粒子被迫沿着太阳黑子内部和周围的密集磁场线移动，这会中断这一过程。

太阳表面物质的运动速度和方向可以在速度图中看到。蓝色表示朝向航天器的运动，而红色表示远离航天器的运动。图像显示，虽然太阳表面的等离子体通常随太阳整体的自转而绕其轴线运动，但它被推向了太阳黑子周围。

最后紫外线图像展示了光球层上方的情况。在活跃的太阳黑子区域上方，可以看到发光的等离子体向外涌出。上百万度的等离子体沿着从太阳伸出的磁场线运动，它们通常连接着邻近的太阳黑子。

三百年前英国人用鹅毛、金属管等工具制作了一个简易的注射器，第一次尝试将药物直接注入狗的静脉血管。时至今日，许多大分子生物制剂，比如胰岛素都是通过打针的方式来直接注入体内的。

很多人都特别怕打针，即使上一次打针是在10年以前了，但打针的那种奇怪的感觉可能还是记得很清楚。近日麻省理工学院的科学家受到乌贼、章鱼等头足动物的启发，开发出了一种高科技胶囊，这种胶囊可以像乌贼喷墨那样，自动将药物“喷”入胃肠道内壁，全程无需任何针头。并且这种乌贼胶囊的药物吸收率，不亚于传统注射器注射的药物。这项技术有望为胰岛素、抗体、或其他大分子的递送带来新的解决方案。新成果已经发表在了新一期的《自然》杂志上。

实验结果显示，胶囊不需要与胃肠道组织产生直接接触，就可以产生很好的效果。至于胶囊本身，在完成喷药任务后就通过消化道排出体外了。有了这项技术，以后我们可能就不需要再打针了。