目录1.搜寻轴子的比赛2.绝缘、超导和铁磁性可以同时实现？三层石墨烯做到了3.撕开塑料袋也会产生微塑料4.探测地球周边的暗物质5.达尔文进化理论的新证明6.科学家模拟印巴核战争，结果是全球闹饥荒7.手如何从鱼鳍演化而来？8.微调碳14定年法可能“改写”历史

撰文

董唯元、杨凌、顾舒晨、韩若冰、于槐、小破

1搜寻轴子的比赛

轴子（Axion）不仅是宇宙暗物质的理想候选者，也是标准模型扩展工作的核心焦点之一，承载着强CP问题、反物质缺失、宇称不守恒的来源等许多极为重要的基础理论问题。（参看《一个对称性解决三个宇宙学难题》）如果说年发现的“上帝粒子”是标准模型1.0版本的最后一块拼图，那么确认轴子的存在将是正式启动标准模型2.0版本升级之路的第一步。

如此重要的领域，自然吸引着众多参与者激烈角逐。自年以来，美国、欧洲和亚洲的多个研究机构，都纷纷加入搜寻轴子的比赛。仅在上周，《物理评论快报》（PRL）就分别在3月11日和3月13日接连发表了两篇探寻轴子实验的结论报告。这两篇论文分别来自美国华盛顿大学的ADMX实验室（AxionDarkMattereXperiment），和韩国基础科学研究院的CAPP研究中心（CenterforAxionandPrecisionPhysicsResearch）。

两个研究机构采用的探测方式非常类似，都是采用“张网捕鱼”的方式希望捕获银河系中的轴子。他们所用的“网”，就是一个置身在强磁场中的微波共振腔。轴子一旦落入这张“网”，就会有一定概率转化为光子。于是暗物质轴子这种懒惰的小透明，就变身成为可探测的萤火虫。

不过轴子的质量出奇的微小，只有μeV量级，相当于电子质量的10^-11（千亿分之一），所以即使转化成光子，能量也非常低，探测难度相当大。所以研究团队不能一次性扫描验证很多能谱，只能在一次次精心调校设备之后，一小段一小段的摸排轴子的质量范围。

来自ADMX的论文[1]排除了轴子质量范围在2.81-3.31μeV之内的可能性，加上两年前ADMX已经验证过的2.66-2.81μeV质量范围[2]，现在已经排除的总体范围扩大到了2.66-3.31μeV。

ADMX排除掉的轴子质量范围

来源：[1]

来自韩国CAPP的论文[3]则排除了6.62-6.82μeV这一范围。有趣的是，CAPP的论文中除了展示自己的成果，还同时将ADMX等其他研究机构先前的成果也一并进行了横向对比。可惜论文从递交到发表存在一段时间延迟，所以在CAPP发表于3月13日的论文中，并未包含ADMX刚刚在两天之前公布的上述最新成果。

从这些无伤大雅的小小乌龙事件中，搜寻暗物质轴子这场竞赛的激烈程度也可见一斑。

[1]DOI:10./PhysRevLett..[2]N.Duetal.(ADMXCollaboration),Phys.Rev.Lett.,().[3]DOI:10./PhysRevLett..

2绝缘、超导和铁磁性可以同时实现？三层石墨烯做到了

通过将三层石墨烯交错叠加，加州大学伯克利分校王枫课题组和复旦大学张远波课题组的研究人员制备出了一种器件，可以同时实现三种迥异的性质：绝缘、超导和铁磁性。这种具有奇特性质的石墨烯器件有望应用于量子计算机等领域。相关研究已于近日发表在《自然》杂志[1,2]上。

自年石墨烯被发现以来，这种仅由一层碳原子构成的二维材料就展现了诸多出众的热学、力学和电学等性质。年，两层石墨烯以“魔角”相互重叠而产生超导特性，更是引爆了“扭转电子学”（Twistronics）这一领域的热度。

传统电路中的磁性材料通常由含有铁或钴的合金制成。这种磁性材料如同条形磁铁一样自带南北极，可以作为硬盘存储数据的方式，磁极的方向代表1或0。但石墨烯由碳原子构成，本身并没有磁性。那么，研究人员是如何让石墨烯材料表现出铁磁性的呢？

在实验中，他们将三层石墨烯夹在两层氮化硼当中，以一定角度交错叠放，形成摩尔纹的超晶格。当施加门电压时，电子被驱使沿着相同方向做圆周运动，使得器件具有铁磁性。

三层石墨烯夹在两层氮化硼当中形成摩尔纹超晶格，内部具有铁磁性，边缘则表现出超导电性

来源：GuoruiChen/BerkeleyLab

测量结果表明，石墨烯内部不仅有铁磁性，而且是绝缘的，但是边缘却支持电流毫无阻碍地流动，也就是表现出超导电性。这些都是一种罕见的绝缘体——陈绝缘体（Cherninsulator）的特征，表明材料具有非同一般的拓扑学性质。

进一步的计算表明，石墨烯器件有两个导电的边缘，而不是只有一个，因此，这种器件成为第一个被观测到的“高阶”陈绝缘体（陈数=2），而正是三层石墨烯内部强烈的电子相互作用导致了这种奇特的性质。

“陈绝缘体”中的“陈”，来自以数学家陈省身名字命名的“陈数（Chernnumber）”。在二维材料中电子的动量空间上，对电子波函数的Berry相位积分，得到的数就叫陈数。陈数不为零的绝缘体被称为陈绝缘体。最为人所知的陈绝缘体大概是可以实现整数量子霍尔效应的二维电子气了。然而，使二维电子气成为陈绝缘体需要很强的磁场，而此次制备的石墨烯器件并不需要外加磁场。

陈绝缘体有望为操纵量子信息提供潜在的新方式，在量子计算领域，科学家一直专注于寻找陈绝缘体。而这项研究表明，石墨烯不仅有助于对超导的研究，如今也可用于研究二维材料的拓扑物理。

[1]Chen,G.,Sharpe,A.L.,Fox,E.J.etal.TunablecorrelatedCherninsulatorandferromagnetisminamoirésuperlattice.Nature,56–61()[2]

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/4826.html