不明γ射線提示暗物質蹤跡？二維/三維液體完全不同？|一週科技速覽_風聞

編輯 | 楊凌、陳航

******編譯 |**********董唯元、****顧淼飛、韓若冰、夏春秋

目  錄

1. 不明γ射線：暗物質的潛在暗示?

2. 大多數女性墮胎多年後並未後悔

3. 50年困惑新解：二維/三維液體完全不同

4. 白血病對維生素B6“上癮”

5. 非晶材料內部長啥樣？“實錘”來了

6. 武漢發現的新型冠狀病毒會是什麼?

1 不明γ射線：暗物質的潛在暗示？

在所有電磁輻射中，γ射線波長最短、頻率最高，所以攜帶能量最大、穿透能力最強。原子彈爆炸所產生的輻射，之所以能夠造成物種變異，就是因為其中的γ射線能直接破壞DNA分子。

宇宙中有很多γ輻射，其中最為誇張的是γ射線爆。1997年監測到的一次就非常壯觀，在50秒內釋放的能量相當於銀河系200年輻射的總能量，爆發後的一兩秒內，亮度超過了宇宙其他部分亮度總和，成為那一瞬間名副其實的“全宇宙焦點”。爆發在附近幾百公里範圍內產生的高温高密，相當於宇宙大爆炸之初千分之一秒的情形。此後天文學家們還觀測到過規模更大的爆發，有的規模甚至比這次高出一個數量級。

幸好這些爆發都發生在遙遠的其他星系，在銀河系內目前尚未發現。而且這些爆發產生的射流，很仁慈地沒有掃過太陽系，讓我們這些脆弱的生命能夠免遭滅頂之災。

宇宙中γ輻射的起因非常神秘，科學家們研究表明，那些持續時間只有0.2-1000秒的γ射線爆，主要是由大質量天體相互碰撞所產生。還有一些持續時間較長的輻射，是黑洞在吞噬物質時，沿自轉軸方向發送的高能射線。另外還有大量零散的γ射線，至今搞不清其來源。

宇宙γ射線雖然早在20世紀60年代就被發現，但天文學界真正對其展開研究多是在最近30年。尤其是在2008年，搭載LAT望遠鏡的費米衞星發射升空之後。這顆衞星至今已對能級在50MeV到1TeV之間的5098個銀河系外γ射線源進行了細緻觀測，為從事相關研究的天文學家和物理學家積攢了大量寶貴數據。

這些數據不僅有助於天文學家瞭解天體演化和碰撞等宇宙尺度的行為，也對高能物理學家頗有價值。因為這些γ射線多產生於極端高能條件下，當他們穿過廣袤宇宙空間來到地球，也為我們帶來了很多極端條件下物質作用的線索。而那些極端條件，是我們在地球上以現有技術根本無法實現的。

不久前，一個龐大的國際合作團隊，就將宇宙不明γ射線與暗物質的研究聯繫起來，通過對比分析二者的分佈情況，發現那些不明γ射線似乎與宇宙暗物質存在比較明顯的聯繫**[1, 2****]**。這個團隊成員近百名，來自歐洲和美國多家研究機構。他們採用費米衞星收集的近9年宇宙γ射線數據，剔除掉所有已知源，只保留那些來源和成因不明的成分（也稱UGRB，unresolved γ-ray background）並繪製成宇宙中UGRB的分佈圖。

與UGRB分佈圖進行對比的暗物質分佈圖，來源於暗能量巡天（DES，Dark Energy Survey）第一年內的數據。由於暗物質不參與電磁作用，目前探測暗物質的手段只有依靠其質量產生的引力透鏡效應。透鏡掃過貼有網格圖案的牆壁時，會使牆上的圖案看起來有變形。根據同樣的原理，精心對比不同時間的天體位置，就可以推算出宇宙中暗物質的分佈情況。

UGRB分佈圖與暗物質分佈圖的對比分析，顯示出二者有比較明確的聯繫。這個結論暗示了構成暗物質的成分，雖然暗物質本身不參與任何電磁作用，但其衰變產物或衰變過程卻可能伴隨高能電磁作用的參與。

關於宇宙γ射線的研究尚處方興未艾的階段，未來必然還會給我們帶來更多神奇的新發現。

[1] Ammazzalorso S, Gruen D, Regis M, et al. Detection of cross-correlation between gravitational lensing and gamma rays[J]. arXiv preprint arXiv:1907.13484, 2019.

[2] 目前該文章已被物理學頂級期刊《Physical Review Letters》接收。

2 大多數女性墮胎多年後並未後悔

1月份出版的社會科學與醫學（Social Science & Medicine）期刊上刊登的一篇研究表明**[1****]**，墮胎手術過了5年之後，95%的參與調查女性仍然認為當初她們的決定是正確的。而在這項研究做出之前，美國很多州都假定墮胎是一件會讓女性後悔的事情，因此要求墮胎前要有冷靜期，並且接受諮詢輔導。

這項由加州大學舊金山分校高等生育健康中心主導的研究表明，認為女性墮胎後總有一天會後悔的假定是毫無根據的。相反，隨着時間的推移，女性墮胎後正面心理感受或者負面心理感受的情況都在減少，而五年之後，84%的被調查女性有正面感受或者對此沒有感受。

這項研究的作者，助理教授Corinne Rocca説：“即使她們在做出墮胎決定前經歷了一段艱難的時刻，亦或她們認為自己所在的社區不會認可自己墮胎的行為，我們的研究仍然表明絕大多數的女性堅信自己當初做出了正確的決定，這項研究揭穿了那些認為女性墮胎後會有後悔情緒的説法。”

這項研究對近1000名來自全國21個州的計劃墮胎的女性進行了為期5年的跟蹤，從健康後果、經濟後果與政治後果方面進行了研究。這其中有667人是在項目開始初期就已經做了墮胎手術。整個調研有11次，分佈在墮胎（sought care）後的一週以及之後的每6個月。

即使女性沒有報告説她們為墮胎感到後悔，但很多人的確在做出墮胎決定之前有過掙扎。27%的被調查者認為這個決定非常困難，另外27%的被調查者認為比較困難。而剩下的46%認為這個決定並無困難。而70%的被調查者認為自己的墮胎行為如果被發現，會使自己在社區裏蒙羞，這其中，29%的人認為是輕微蒙羞，31%的人認為會嚴重蒙羞。這些墮胎決定前的掙扎或者對蒙羞的擔心反而會使墮胎後的女性有短期的沮喪感、負罪感或者是憤怒感。但隨着時間的推移，這些負面情緒衰減得非常快，基本上一年之後即可擺脱。

“解脱”——這才是所有被調查者給出的最頻繁和最終的情緒詞。

[1] Emotions and decision rightness over five years following an abortion: An examination of decision difficulty and abortion stigma. https://doi.org/10.1016/j.socscimed.2019.112704

3 50年困惑新解：二維/三維液體完全不同

傳統觀點認為，2維液體**[1****]與3維液體[2****]只是在自由度上不同，如2維液體中分子的旋轉軸只能是一個方向，而3維中可以有2或3個方向。但是最近，一個由新加坡南洋理工大學、印度賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級科學研究中心、中國科技大學和美國加利福尼亞大學共同組成的團隊，於2019年11月在PNAS發表新成果[3****]**：2維液體與3維液體在動力學本質上完全不同。該團隊認為，2維液體與3維液體不只是數學上存在不同，它們更是兩種完全不同的物質。

研究人員將數值模擬與筆算（pen-and-paper calculations）結合，預測了2維液體中的原子在“有效”忘記初始位置前還可以運動很長距離。該行為會使一大羣原子產生微妙運動，這種運動原本認為只會出現在固體中。

為了驗證這一理論，研究者在顯微鏡下追蹤膠體顆粒運動。在一般的3維液體中，這樣的粒子表現為隨機運動，即布朗運動。但是在2維液體中，該團隊認為布朗運動疊加在大規模集體運動（large scale collective motions）上。在20世紀60年代，Mermin和Wagner提出了長波長彈性模型（long wavelength elastic model），該模型可以得出這種運動，當時認為這種運動只能出現在2維固體中或過冷液體中，前者是破壞了2維固體的長程有序，後者則是消除了瞬時類固體反應 (transient solid-like response) 。

但該團隊通過模擬得到，這種長波波動（long wavelength fluctuations）也會影響2維液體，使其不再出現瞬時類固體反應**[4****]**。

在該狀態下，這種波動會使長時段擴散係數D與結構弛豫時間τ去耦合，使得

只有在極高温的分子液體或者低密度膠體系統中，長波波動才可以忽略，從而顯示出獨立的布朗運動。

在模擬的原子軌跡圖上，2維液體的原子軌跡會被拉長，且封閉軌跡的拉長方式很相似，這就是集體運動的可視化特徵，即2維與3維液體區別的一種體現。因此，該研究的主要領導者Pica Ciamarra得出結論：2維液體與3維液體不只是數學上的不同，而是兩種完全不同的物質。同時他也認為：在動力學上，許多2維液體與3維液體令人困惑的性質，都可以通過這一發現得到解釋。因為只有2維液體的弛豫時間不與粒子擴散性成反比。

[1] 注：2維液體是指運動被限制在平面或其他（如球面）2維空間內，以液態存在的一組粒子。

[2] 注：3維液體是日常所見液體，沒有確定的形狀，但有一定體積。液體是由經分子間作用力結合在一起的微小振動粒子組成，具有移動與轉動等運動性，如水。

[3] Li, Y., Mishra, C., Sun, Z., Zhao, K., Mason, T., Ganapathy, R. and Pica Ciamarra, M. (2019). Long-wavelength fluctuations and anomalous dynamics in 2-dimensional liquids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(46), pp.22977-22982.

[4] 注：這種影響與過冷液體不同，因為後者與位移明顯不同的顆粒共存（coexistence of particles with markedly different displacements）無關。

4 白血病對維生素B6“上癮”

美國冷泉港實驗室的科學家們發現**[1****]**，急性骨髓性白血病（AML）通過利用維生素B6加速細胞分裂而發展病情。在酶的促進下，B6參與制造細胞分裂所必需的蛋白質，如果限制腫瘤利用這種酶的能力，則有望阻止癌症的生長。這是一種可在不損害健康細胞的情況下攻擊癌症的方法，因為健康細胞也需要B6維生素才能生存。

目前，只有三分之一的AML患者在確診後可以存活5年。為了找到這種侵略性血癌如此快速增長的原因，冷泉港實驗室的研究員Zhang Lingbo仔細研究了癌性白細胞的基因。

研究團隊在白血病細胞中發現了超過230個非常活躍的基因，並使用CRISPR基因編輯技術逐一關閉了其中每個基因的活性，以測試它們的缺失是否會阻止癌細胞增殖。研究發現，產生PDXK酶（一種幫助細胞利用維生素B6的酶）的基因對癌症的生長最為重要。

維生素B6對於細胞代謝、產生能量和其他對細胞生長至關重要的資源至關重要。在健康的細胞中，PDXK酶可控制這種維生素的活性，確保它及時發揮作用。由於正常細胞並不會一直分裂，因此PDXK酶也不會一直促進維生素B6的活性。

然而癌細胞比正常細胞分裂的頻率更高。Zhang觀察分析説：AML癌細胞中的 PDXK酶一直在促進維生素B6的活性。他認為，這表明白血病細胞對維生素B6上癮，可以説是這種癌症的脆弱之處。

Zhang提醒説，這並不意味着減少維生素B6的攝入量必然會使癌症患者受益，這種維生素對於健康細胞的生存是必需的。

研究團隊表示下一步是開發藥物，能夠特異性阻斷白血病激活PDXK酶的過程。通過操縱酶控制維生素B6活性的機制，藥物可以減緩甚至停止癌細胞的生長，而不會產生從健康細胞中徹底剔除維生素B6會帶來的巨大副作用。

[1] Vitamin B6 Addiction in Acute Myeloid Leukemia. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2019.12.002

5 非晶材料內部長啥樣？“實錘”來了

塑料、玻璃、凝膠都是日常生活中常見的塊狀非晶材料。但是，這類材料的微觀結構一直是個謎，尤其是在原子尺度上，一直缺少其結構組成的確切證據。

長期以來，連續無規網絡模型漸成主流。這種觀點認為，非晶材料中含有跟它們相應的晶態形式相同的鍵合單元，只不過這些單元組成了連續無規網絡結構，而不是週期性的結構。然而，在這一觀點被廣泛認同的同時，也不斷有相反的實驗證據冒出來——非晶材料真的符合連續無規網絡模型嗎？還是內部嵌有微晶呢？

現在，這個問題終於有了“實錘”。來自新加坡國立大學和美國範德堡大學的聯合研究團隊發表在《自然》雜誌上的一項研究表明**[1****]**，非晶材料的原子結構並不是連續無規網絡結構，而是遵循競爭微晶模型，即一種內部嵌有微晶的結構。在這項研究中，研究團隊首次成功合成了一種穩定的單層非晶碳材料，並進行了原子級分辨率的精準成像，從而測定了非晶材料的原子結構。

美國範德堡大學物理與工程教授Sokrates Pantelides説：“這種單層碳材料的發現首次證實了非晶材料的原子結構是一種包含有微晶的結構，這為長久以來的爭議給出了答案。但是，這項工作的意義不僅僅在於給出了一個答案；更在於展示了一種跟石墨烯有所區別的二維碳材料，它在未來有着誘人的應用前景。”根據Pantelides的説法，這種材料可以用於計算機磁性硬盤的抗腐蝕的塗層，以及電池中的電流收集器。

[1] Toh C T, Zhang H, Lin J, et al. Synthesis and properties of free-standing monolayer amorphous carbon[J]. Nature, 2020, 577(7789): 199-203.

6 武漢發現的新型冠狀病毒會是什麼？

新型冠狀病毒到底是什麼？

2020年1月7日，“不明原因肺炎”病原體初步判斷是一種“新型冠狀病毒”。1月11日9時，武漢新型冠狀病毒的基因序列正式對外界公佈。上海市公共衞生臨牀中心和公共衞生學院、華中科技大學武漢中心醫院、武漢市疾控中心、中國疾控中心傳染病預防控制所張永振聯合澳大利亞悉尼大學Edward Holmes，在Virological網站上發表了該病毒的初始序列。第二天，中國國家衞生健康委員會在GISAID上發佈了從不同患者中收集的另外五個病毒的序列。至此，各地研究者都在緊鑼密鼓的進行分析。

世界衞生組織計劃很快公佈一項針對這種新病毒的診斷測試，該測試是由德國柏林大學附屬夏裏特醫院的病毒學家Christian Drosten和其他研究人員根據中國公佈的序列開發的。它可以檢測來自新型冠狀病毒中三個不同基因的片段，這三個基因也存在於SARS病毒中。Drosten希望以各個公共衞生實驗室都有的SARS RNA作為陽性對照以立即開始工作。美國北卡羅來納大學教堂山分校的冠狀病毒研究員Ralph Baric已經在嘗試從這些數據中合成活病毒，以便在動物中進行研究，並幫助開發一種簡單易用的抗體測試。愛丁堡的進化生物學家Andrew Rambaut表示這些病毒“符合同一來源”，它們可能來自華南海鮮市場的同一批動物，但一個月的時間裏出現的病例表明來源可能並不止一羣動物。香港大學病毒學家管毅也認為，該病毒是從多種動物宿主身上獨立跳躍到人羣中的。目前可知，該病毒與SARS屬同一組別，相似度約80%，是一個新型的“類SARS”或“SARS樣”的冠狀病毒。

截至14日，華大基因、碩世生物已成功研發出新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒。據梅斯醫學消息，香港大學李嘉誠醫學院微生物學系傳染病學講座教授袁國勇在香港衞生防護中心的記者會上表示，根據病毒基因圖譜，將其相關圖譜的基因排序與網上其他排序比較，最接近的是浙江舟山蝙蝠類SARS冠狀病毒。Rambaut認為，除了蝙蝠外，很可能還有另一種天然宿主，因為該病毒基因組的某些部分與蝙蝠病毒非常相似，但其他部分都很不相似。

[1] 本文摘編自BioArt，作者唐小糖

[2] 據武漢市衞生健康委員會1月18日消息：2020年1月16日，省、市專家依據患者的臨牀表現、流行病學史，以及利用國家剛下發的診斷試劑盒檢測出的結果，新認定新型冠狀病毒感染的肺炎病例4例。4名患者均為男性，於2020年1月5日至8日期間發病、1月8日至13日入院治療，經治療後症狀好轉，目前病情穩定。4名新增病例相關流行病學調查正在進一步進行中，其密切接觸者也正在追蹤中。最新動態可關注武漢市衞生健康委員會官方網站。

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