拉索发现史上最亮伽马射线暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子

拉索首次完整记录了最亮伽马射线暴GRB 221009A的TeV以上高能光子爆发的全过程,发现了高能光子亮度在早期的增强以及后期突然快速减弱,由此确定GRB221009A的喷流具有极高的洛伦兹因子和迄今已知最小的张角,揭开了此伽马射线暴成为史上最亮的秘密。拉索还首次将伽马射线暴余辉的能谱测量延伸至10 TeV以上,发现其能谱表现为单一的幂律形式,挑战了伽马射线暴余辉辐射的标准模型。GRB 221009A的TeV能谱还意味着宇宙比预期的更加透明,说明红外背景光强度低于预期,或者存在超出当前粒子物理标准模型的新机制解释观测到的弱吸收现象。

心血管口服药物和肠道菌群交互作用的研究进展

肠道菌群与口服药物之间具有密切交互作用,包括药物影响肠道菌群的谱型、分布和功能,以及菌群对药物的修饰和代谢影响其疗效和副作用。围绕心血管疾病常用口服药物,如冠心病药物、心力衰竭药物、代谢性心血管疾病药物、心律失常药物及高血压药物等,重点阐述其对肠道菌群的影响,以及其同菌群次生代谢作用的调控机制。对菌—药交互作用机制的总结,有利于从肠道代谢这一新视角分析临床药物疗效和副作用的个体差异,为新的药物干预策略制订提供思路。

俯冲板片界面成像及物质能量交换研究进展与展望

大洋俯冲带是地球浅表与深部物质和能量交换最活跃的场所之一。对俯冲板片界面的精细结构探测是认识和了解板片组分结构、俯冲过程、俯冲带地震形成机制、深部水循环、碳循环和地幔熔融等地球内部物质能量交换过程的关键。简要介绍俯冲板片界面成像研究的意义,梳理近20年来的重要进展和存在的争议。在此基础上,从多学科和不同俯冲带综合对比等角度探讨未来可能的突破方向。厘清典型俯冲带俯冲板片界面从地表到深部的垂向变化以及不同俯冲带的横向变化,对理解俯冲板片界面形成机制及俯冲带物质能量交换过程具有重要意义。

超辐射晶格研究进展

量子模拟是指利用可控量子系统模拟哈密顿量的演化过程,为研究量子多体问题提供了超越经典算力的途径。冷原子光晶格作为常用的量子模拟平台,实现了一系列重要量子物态的模拟,但仍受制于量子调控所导致的加热效应。为解决调控与低温之间的矛盾,提出一种基于室温原子集体激发态的晶格结构并用于量子模拟,即动量空间的超辐射晶格。介绍超辐射晶格的基本原理和最新实验进展,包括手征边缘流、平带局域化、动力学局域化和非局域化等重要固体物理现象的模拟以及晶格几何相位的测量。超辐射晶格可用于发展光学二极管等光学器件,并为量子精密测量及量子模拟提供新的技术和方法。

面向计算存储传送资源融合的网络虚拟化研究进展

利用网络虚拟化技术能够实现转发设备与承载系统建模,构建传送资源池,并实现其与计算和存储资源的深度融合。网络虚拟化需要在高维空间实现业务、资源、转发能力和承载能力的统一表示,引入内生安全和智能运维特性增强运营维护能力。提出新型网络虚拟化体系结构,介绍全局业务编排和跨域资源控制技术的研究进展,阐述大容量可编程转发设备和智能安全承载服务系统的创新成果,为计算存储传送资源融合提供理论基础和实践案例。

基础三维无源元件的单片高集成度自卷曲技术

在射频前端芯片中,无源元件占据大量面积,这成为芯片小型化的瓶颈。为了应对这一挑战,介绍一种基于传统平面半导体工艺的单片自卷曲技术。该技术利用薄膜应力实现了基础无源元件对三维空间的充分利用,从而显著减少了基础无源元件在芯片中所占的面积,相比传统的二维平面器件更具优势。通过全面介绍这一技术的原理、表征以及集成应用等,展示了其在推动射频前端芯片向高集成度和小型化方向发展的潜力。

认知的形式化

人类认知的整个活动,就是如何解释、解决人类在生存和繁衍过程中所遇到的现实问题。通过分析古今中外著名的认知案例,概括人类认知的4种基本模式为记忆驱动的经验模式(OOA)、知识驱动的推理模式(OODA)、联想驱动的创造模式(OOCA)以及假说驱动的发现模式(OOHA),用这4个相对独立的认知模式来完成认知的形式化。OOA和OOCA两个模式是由下而上思维,从物理空间转向认知空间;OODA和OOHA两个模式是由上而下思维,从认知空间转向物理空间。4个模式发生的频度不同,相互之间的转换带有不确定性,共同构成了趋于统一的无尽认知。认知的形式化为构建可交互、会学习和自成长的新一代人工智能系统架构奠定了基础。

奥陶纪与志留纪转折期海洋初级生产力演变

奥陶纪与志留纪(O/S)转折期大气、陆地和海洋系统均发生了剧烈变化,并伴随着剧烈碳循环扰动和大规模海洋黑色页岩沉积,是地球宜居性演变的关键时期。海洋初级生产力是地球生态系统中的关键组成部分,对地球表层系统的碳循环和黑色页岩形成具有重要作用。概括O/S转折期地质背景,阐述该时期海洋初级生产力的国内外研究现状、主要发展趋势,根据我国的研究现状及特点,提出进一步开展研究工作的建议和切入点,为该时期海洋初级生产力的相关研究提供参考。研究有助于增强对当今全球气候变暖背景下海洋初级生产力影响碳循环和地球宜居性演变过程的理解和预测能力。

古新世—始新世极热事件时期轨道尺度海洋脱氧的时空演化

古新世—始新世极热事件(PETM)时期发生了快速的巨量碳排放、海洋脱氧和底栖有孔虫绝灭事件,被认为是科学认识当今全球变化最好的参考案例之一。由于缺乏高分辨率年代地层格架、有效的海洋脱氧定量表征方法和全球尺度地球系统模型,PETM时期海洋脱氧的速率、规模和空间分布存在很大的不确定性,其成因机制也存在争议。聚焦PETM时期海洋脱氧的时空演化规律,从建立PETM时期轨道尺度的地质时间轴、查明海洋脱氧的高分辨率时空演化历史、揭示海洋脱氧的触发机制与敏感度3个维度进行重点阐述。该研究有助于增强当今全球气候变暖背景下对海洋脱氧进程的速率、敏感度和时空演化规律的理解与预测能力。

元古宙多细胞真核藻类起源与早期演化

在地球生物圈,多细胞真核藻类是海洋和湖泊等水生生态系统中重要的初级生产者。然而,在地球早期历史中初级生产者以原核生物为主体,这一主导地位的转变发生时间与具体过程还需探索。元古宙地层产出了众多真核生物的早期化石记录,见证了包括多细胞真核藻类在内的真核生物主要类群的起源与早期演化过程。聚焦于元古宙的多细胞真核藻类演化过程,系统梳理该时期绿藻和红藻等类群的重要化石记录及其环境背景,并阐述它们的起源与早期演化的时间框架:古—中元古代是多细胞真核藻类的萌芽期;新元古代拉伸纪是多细胞真核藻类初步崛起、以多核体藻类为主的时代;埃迪卡拉纪多细胞真核藻类发生了生态上的适应性辐射。

利用基因组编辑实现从DNA分子水平到性状的精准调控

基因组编辑能够精准修改生物体的遗传信息,对生物学和医学领域发展产生了深刻影响。伴随技术的迭代与升级,当前基因组编辑可实现小片段DNA的删除、插入及替换,但尚无法有效满足应用实践中对编辑尺度和精度的需求。可以预见精准基因组编辑将是生物技术发展的热点。从遗传操纵尺度的角度,系统概述与讨论利用基因组编辑实现从DNA分子水平到性状精准调控的主要技术原理、发展现状、未来发展方向等,为利用精准基因组编辑技术实现分子育种和精准医疗提供参考。

“银杏一号”城域量子互联系统的研究进展

量子互联网是将量子节点经过量子信道连接而成的量子信息系统,其关键技术是在不同节点间使用量子隐形传态方案实现量子信息的高性能传递。目前量子信息传递的保真度、距离和容量是制约量子互联网迈向实际应用的因素,发展量子纠缠互联与中继是提升量子信息传递性能的必由之路。“银杏一号”城域量子互联系统围绕光纤通信波段量子纠缠互联与中继开展研究,具体包括高性能量子光源和量子存储器的研制、高速城域量子隐形传态和光—原子纠缠界面的实验验证。“银杏一号”的研究工作为光纤通信波段量子互联网的实用化发展奠定了重要基础。

2023年度中国科学十大进展简介

2024年2月29日,国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”,分别为:人工智能大模型为精准天气预报带来新突破、揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制、发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制、农作物耐盐碱机制解析及应用、新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵、揭示人类细胞DNA复制起始新机制、拉索发现史上最亮伽马射线暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子、玻色编码纠错延长量子比特寿命、揭示光感受调节血糖代谢机制、发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制。2023年度“中国科学十大进展”主要分布在生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。

纳米限域高效物质传输和化学反应研究进展

纳米尺度的限域效应赋予纳米孔道内流体传输和化学反应一系列独特的物理化学特性。阐述纳米限域环境下离子和分子传输以及化学反应方面的奇异现象,如离子的选择性传输、水分子的超快传输以及化学反应产率和选择性的显著提升。特别强调量子限域超流体的概念和理论,并对纳米限域高效离子/分子传输和化学反应的重要研究进展进行重点介绍。纳米限域流体学领域研究已经取得显著的进展,其在海水淡化、离子筛分、生命分析和化学合成等领域展现出巨大的应用潜力,但是现阶段仍面临较多技术和理论挑战,需要进一步的创新研究来推动该领域的发展。

抗磁性CEST MRI技术的研究进展

化学交换饱和转移磁共振成像(CEST MRI)技术作为一种新兴的磁共振成像手段,在选择性射频饱和脉冲下,通过化合物中饱和的可交换质子与周围水质子之间的交换,使水的磁共振信号下降,从而间接测定化合物含量。CEST MRI技术能够实现对生物体内特定生物分子及生理参数(如p H等)的高分辨时空成像。介绍CEST MRI技术的基本原理,探讨其在疾病成像及生物分析中的相关应用,并对CEST MRI技术的发展前景和存在的问题进行总结,同时为解决上述问题提出相关策略。对CEST造影剂的发展和优化,能够更好地推动CEST MRI技术的临床转化。

基于人工智能大模型的中期全球气象预报新方法

天气预报对科学和社会具有重要意义。传统数值气象预报(NWP)方法需要大量算力,且在预报精度方面遭遇瓶颈。基于三维神经网络,构建盘古气象大模型,用于准确预报中期全球气象,并且采取地球特定先验和层次化时域聚合策略,处理天气数据中的复杂模式,同时降低中期全球气象预报中的累积误差。利用1979—2017年全球气象数据训练之后,发现盘古气象大模型对所有测试变量的确定性气象预报精度都超越了欧洲中期天气预报中心的综合预报系统(IFS),且在极端气象预报和集成气象预报中也表现良好。当使用再分析数据做初始化时,其跟踪热带气旋的准确性也超过了欧洲中期天气预报中心高分辨率预报系统的结果。

人类(泛)基因组计划研究进展

人类参考基因组是人类遗传学中广泛使用的资源,目前正在进行一次重大更新。人类泛基因组计划的目标是创建一个更复杂、完整的人类参考基因组。关注从人类基因组计划向人类泛基因组计划的转变过程,从人类基因组计划和人类泛基因组计划两个阶段比较人种侧重类型和数目以及测序技术和算法的差异,并总结人类泛基因组计划采取的具体措施,以增加样本中人种的多样性和填补染色体上的缺失,有望开发真实且具有代表性的全球参考资源。

玻色编码量子纠错研究进展

实现量子纠错优势是构建容错量子计算的关键,而基于超导量子电路系统的玻色编码方案是实现这一目标的重要手段。通过介绍量子纠错的基本原理,阐述和分析3种主要的玻色编码量子纠错方案,并概括这一领域的优势与挑战,梳理当前关键的玻色编码量子控制技术。特别是最近超越盈亏平衡点的量子纠错研究开辟了纠错量子时代,为未来构建通用容错量子计算机奠定了重要的基础。

电化学拉曼光谱及其在锂离子电池负极材料表征方面的研究进展

电化学拉曼光谱技术是一种重要的原位指纹光谱分析技术,广泛应用于各类电化学体系体相及表界面过程的实时研究。随着锂离子电池领域的发展,传统的碳基负极已不能满足需求。硅基材料和过渡金属氧化物作为应用潜力巨大的负极替代材料备受关注,但仍需进一步改进。电化学拉曼光谱技术可揭示电极材料在电化学过程中的变化情况,有助于指导电极材料的优化。从拉曼光谱原理入手,探讨其与电化学的协同优势,介绍其在各类负极材料研究中的应用。分析电化学拉曼光谱技术在锂离子电池研究中存在的问题,并展望未来的发展趋势。

基于Bld-1短肽构建靶向膀胱癌工程化外泌体的研究

探讨基于Bld-1短肽构建靶向膀胱癌的工程化外泌体。利用Bld-1短肽,通过构建过表达质粒,使其与LAMP2B蛋白融合表达,从而构建LAMP2B/Bld-1的工程化外泌体,并进一步通过外泌体摄取实验探讨其在膀胱癌中应用的可行性。实验结果显示,LAMP2B/Bld-1工程化外泌体能够高效靶向膀胱癌细胞系,且可以作为药物载体,将药物直接送达膀胱癌细胞。通过Bld-1短肽构建靶向膀胱癌的工程化外泌体具有可行性,为膀胱癌的治疗提供了新的研究方向和治疗策略。