2020年12月1日，位于波多黎各阿雷西博天文台的高305米望远镜的平台倒塌，损坏了天线及周围设施。 自11月6日钢缆发生故障以来，美国国家科学基金会（NSF）要求望远镜周围区域的非工作人员撤离，同时由工程师评估天文台其他结构的稳定性。虽然望远镜是该设施的关键组成部分，但该天文台还有其他科学、教育基础设施。NSF将与相关方合作使其恢复运转。 望远镜的三个支撑塔的顶部均已损毁。当900吨重的仪器平台倒塌时，望远镜的支撑钢缆也倒了。此外，天文台的学习中心因钢缆掉落而遭受了严重破坏。NSF将与管理天文台的中佛罗里达大学（UCF）合作，调查平台倒塌的原因。 此前，这台305米望远镜已经表现出即将坍塌的风险。NSF、UCF和其他参与方，包括UCF签约的工程公司，一直在监视它的情况，但是他们也没有料到平台会坍塌。2020年8月，望远镜的一根钢缆意外断裂。工程师们制定维修计划时，他们估计剩余的钢缆承受负荷毫无问题。但是，11月6日，又有一根钢缆断裂，他们认为该结构无法安全修复。 NSF打算继续授权UCF来支付阿雷西博工作人员的薪水，并采取行动继续在天文台进行研究工作，例如维修用于射电天文学的12米望远镜以及LIDAR设施的屋顶（一种地理空间研究工具）。维修费用来自应对玛丽亚飓风破坏的国会补充拨款。 一旦确定了现场安全性，在条件允许的情况下，天文台将进行其他工作。 查看详细>>

基于等离子体的加速技术有望实现新一代功能强大且紧凑的粒子加速器。但是，要应用这项新技术，还必须克服各种困难。特别是要实现对加速过程本身的精确控制。德国电子同步加速器研究所（DESY）的研究人员利用创新技术，以前所未有的精度成功测量了加速中的等离子体尾波。他们的方法能以飞秒级（十亿分之一秒的百万分之一秒）的分辨率来确定有效加速场的形状，从而可以详细研究加速过程，并为控制和优化未来的等离子体加速器打下基础。 等离子体是一种被剥离了电子的分子气体。高能激光或粒子束可以迫使这些自由移动的等离子电子振荡，从而产生强电场，加速带电粒子。为了实现这一目标，DESY的FLASH Forward设备将电子束以接近光速发射到等离子体中。研究人员解释说：“在电子束的后面形成等离子体电子尾流，另一个电子束就可以在此尾流中冲浪，并在此过程中被加速：就像滑水者在小船的尾流中滑行一样。这就是该技术也被称为等离子尾波加速的原因。” 等离子体尾流产生的加速度可能比目前使用的最强大的传统设备的加速度大一千倍。科研人员解释说：“要实现最高加速度，电子束和尾流必须精确地彼此协调。要做到这一点，必须能够精确地测量尾流的形状，但由于其只有千分之几毫米长，因此极具挑战性。” 该研究小组开发了一种方法，利用加速的电子本身来揭示等离子体尾流加速场的形状。为了实现这一点，首先使电子束通过曲柄式磁压缩系统旋转。然后横插入一块金属片，部分电子就会从电子束上脱离。最后，电子束再次旋转回原位。由于部分电子缺失，输出电子束的最终能谱发生了改变，从而可以推断出移除部分电子束位置的加速场强度。如果将电子束切得足够薄，则可以用飞秒的瞬时分辨率确定等离子体尾流中有效加速场的轮廓。在实验中，该团队能够实现15飞秒的分辨率——相当于尾流中大约千分之五毫米的空间分辨率。研究人员认为，甚至可获得更高的分辨率。 利用这项技术，可以详细研究各个实验组件与加速过程之间的相互作用，并有助于详细了解和优化等离子体尾波。 查看详细>>

目前，基于硅的计算技术能源效率非常低。到2030年，信息和通信技术的能源消耗预计将占用全球发电量的20%以上。因此，实现技术低碳化就成了首要的节能目标。牛津大学物理系的Paolo Radaelli教授与英国钻石光源合作，致力寻找硅材料的替代品。近期，研究小组在Nature上发表研究成果，发现一些反铁磁结构可能在室温下成为低能量反铁磁自旋电子学的主要候选材料。 研究人员一直致力于研究硅的替代技术。目前，铁和铜等常见金属氧化物是公认的替代品，并已作为主流技术应用于硅芯片计算机中，这也表明两种技术有很大的兼容性。尽管氧化物能很好地存储信息，但无法有效移动信息，后者是计算的必要环节。然而，许多氧化物具有磁性，表明在氧化物和其他磁体中可移动磁性“比特”，且所需的能量很小。 Paolo Radaelli教授称，比特必须非常微小，小于10纳米（十亿分之一米），而且即使在被“摇晃和搅拌”时也必须是稳固的。这颇具挑战。因为比特非常小时，很容易消散。目前提出的解决方案是利用固态物理学和宇宙学之间奇特的相似关系。事实上，这个项目灵感颇具挑战——能否在磁铁中复制出宇宙弦？ 研究小组使用钻石光源纳米科学光束线和光发射电子显微镜（PEEM）。它可分辨纳米尺度的物质结构，兼具高空间分辨率和高通量密度。实验利用PEEM和偏振软X射线分辨直径小于20nm的纳米颗粒。 设定目标后要做的就是找到合适的磁铁，候选材料再次让人意外——普通的铁锈。氧化铁（Fe2O3）是铁锈的主要成分。每个铁原子都像一个小罗盘，但这种特殊形式的Fe2O3具有的不是普通意义上的磁性。它不会吸引磁铁，也不会被其他磁铁吸引，它是一种反铁磁体，一半指向“北方”，另一半指向“南方”。 两年前，Radaelli教授的研究小组在威斯康星大学麦迪逊分校生产的样品上发现了Fe2O3中相当于宇宙弦的磁性等价物，并用X射线显微镜对它们成像。这些被称为“半子”（merons）的微小物体是磁涡旋。在发表的论文中，利用类似“大爆炸冷却”的数学概念找到能创造和摧毁半子的关键。 该团队认为，未来有望使用铁锈制造超高效计算机。这是因为，尽管含有半子和双半子（bimerons）的Fe2O3结构非常简单，但已经包含所有的成分，能通过极薄的金属“外衣”中流动微小的电流快速有效地操纵比特。事实上，该研究小组表示，实时控制和观察半子与双半子运动是未来X射线显微镜实验的目标，目前该实验正处于计划阶段。 从基础研究转向应用研究意味着需要考虑成本和兼容性。虽然氧化铁原料丰富且价格低廉，但研究人员采用的制造技术非常复杂，需要原子级控制。研究小组对此持乐观态度，他们最近的一项研究证明，可从生长介质中“剥离”一层薄氧化物，将其贴在任何地方，并保证其性能基本不受影响。下一步他们将设计和制造基于“宇宙弦”的原理验证装置。 查看详细>>

未来几年瑞士保罗谢尔研究所（PSI）计划对瑞士同步辐射光源（SLS）进行升级，2021-2024年促进教育、研究和创新（ERI）调度计划框架确保了该升级项目的资金。 瑞士议会商定了2021-2024年ERI调度计划，它包含了瑞士联邦理工学院及研究所联合体（ETH Domain）在未来几年的预算，其中涵盖了计划升级SLS所需的9900万瑞士法郎预算。至此，SLS 2.0升级项目获得批准实行。 从新冠肺炎疫情伊始，PSI就致力于推进新冠病毒研究，而SLS在这项工作中发挥着重要作用，例如通过阐明病毒的蛋白质结构以及检查肺组织来更好地了解冠状病毒及其影响。 SLS 2.0项目负责人Hans Braun表示，将来会出现许多科学问题，但却无法使用目前的SLS来解决。升级后的SLS将提供更强大的X射线束，使其能够在未来几十年内对最紧迫和新兴的主题进行研究。不仅可以获得大量数据，还能够开展此前因持续时间过长而无法进行的大量实验。 查看详细>>