芯片上的粒子加速器 | 一周科技简讯

【物理学】

基于光子能够向电子传递动量这一事实，科学家们在努力制造基于激光的粒子加速器。谈到粒子加速器，我们通常认为是隶属于国家机构的巨大仪器。最近，一组研究团队制造了一种能够加速电子的硅芯片，使制造“芯片上的加速器”成为现实。研究人员用硅蚀刻出了纳米级的通道，并将其封闭于真空，通过这个腔体来发送电子。同时，红外光脉冲经过通道壁进行传输，以实现对电子的加速。虽然这种“芯片上的加速器”目前只是一个原型，但研究人员认为它的设计与制造可以拓展到用于传输处于加速状态的粒子束，并将其用于化学、材料科学及生物学研究中那些不需要巨型加速器的科学实验中。

放大了25,000倍的“芯片上的加速器”原型的一部分。图片来源：Scientific American

研究论文：https://www.x-mol.com/paper/1213518938507747328

【人工智能】

对女性而言，虽然乳腺癌在癌症中的致死率位居第二，但早期的诊断和治疗可以明显改善这一结果。早期在没有明显疾病迹象的女性中诊断乳腺癌，通常使用筛查这种手段。这项基于图像的分析技术很有挑战，因为乳腺癌常常被重叠的“致密”的乳腺组织隐藏或掩盖于乳房X光片（mammograms）中。为了解决这个问题，人们不断进行人工智能（AI）系统的开发，以期帮助提高诊断性能。近日，一组研究团队报道了一种新开发的AI系统，该系统在准确解释筛查过程中的乳房X光片方面优于放射科的专家医生。研究人员用来训练人工智能系统的大规模数据集来自于25,856名英国女性和3,097名美国女性的乳房X光片。

通过筛选乳房X光片进行癌症检测的AI系统。图片来源：Nature

研究论文：https://www.x-mol.com/paper/6035872

【天文学】

在大爆炸发生之后的一段时间内，那些给宇宙带来光亮的恒星与星系暂时还没有形成，宇宙仍是一片漆黑。其中充满着氢原子与氦原子，以及那些隐形的“暗物质”。在宇宙的这个黑暗时期（dark age）中，第一批恒星与星系形成了。遗憾的是，由于黑暗时期的宇宙距今十分遥远，所以对该时期的观测很有难度。最近，以JonWillis为首的研究团队通过测量一个已知的最为遥远星系团中恒星的年龄，确定了在宇宙黑暗时期形成恒星的星系。这些恒星形成时，宇宙大约仅为3.7亿岁。

宇宙年表。图片来源：Nature

研究论文：https://www.x-mol.com/paper/6035869

【生命科学】

在过去的几十年里，科学家发现了许多灵长类动物也可以使用工具。除此之外，人们观察到乌鸦可以使用棍棒，并且发现鹦鹉会用石头砸碎贝壳。但是直到现在，人们还没有观察到海鸟使用工具的例子。许多该领域的研究人员认为，这是由于它们的大脑相对较小，因此没有使用工具的能力。最近的一项研究成果颠覆了这种认识。研究人员观察并拍摄到了一只海雀啄起一根小树枝并用其摩擦自己的身体，看起来像是在抓痒。这项发现同时也是在鸟类中首次观察到它们使用工具来帮助自己抓痒。

一只使用工具来给自己抓痒的海雀。图片来源：PNAS

研究论文：https://www.x-mol.com/paper/6034117

【材料科学】

寒冬中，空气中的水蒸气会直接转变为固态的冰，并在玻璃窗或汽车挡风玻璃等表面上沉积上薄薄的一层。尽管这个现象很常见，但几十年来，物理学家和化学家仍在探索其细节。最近，一组研究团队首次报道了二维冰在形成时的原子结构，并用扫描探针显微镜实现了可视化。这项发现将可能有助于设计新型材料，使得除冰这一过程更为简单和廉价。

二维冰的扫描隧道显微镜图像（左）与原子力显微镜图像（右）。图片来源：Nature

研究论文：https://www.x-mol.com/paper/6035864