Nature、Science綜述彙總-004期
《自然》2020年6月25日，第582卷，7813期
主序前恆星AU Microscopii周圍殘骸盤中的一顆行星
作者：
Peter Plavchan, Thomas Barclay, Jonathan Gagné, Peter Gao, Bryson Cale, William Matzko, et al.
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2400-z
摘要：
AUMicroscopii（AU Mic）是第二近的主序前恆星，距離9.79秒差距，年齡為2200萬年。AU Mic在距離恆星約35至210個天文單位處擁有一個相對罕見且空間分辨的邊緣殘骸盤，其團塊表現出非開普勒運動。
探測這樣一顆恆星周圍新形成的行星面臨著挑戰，因為恆星上存在斑點、譜斑、耀斑和其他磁性“活動”表現。研究組報告了一顆行星經過AU Mic的觀測結果。過境行星AU Mic b的軌道週期為8.46天，軌道距離為0.07天文單位，半徑為0.4個木星半徑，在3σ置信度下的質量小於0.18個木星質量。
研究組對這顆與殘骸盤共存的行星進行觀測，有助於檢驗當前行星形成和演化模型的預測。
可變水輸入量控制著小安的列斯群島火山弧的演化
作者：
George F. Cooper, Colin G. Macpherson, Jon D. Blundy, Benjamin Maunder, Robert W. Allen, Saskia Goes, et al.
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2407-5
摘要：
海洋岩石圈透過匯聚板塊邊界的俯衝作用將揮發性物質（尤其是水）帶入地幔。這種俯衝水運動控制著岩漿的產生、地震、大陸地殼和礦產資源的形成。識別不同的潛在流體源（沉積物、地殼和地幔岩石圈）並追蹤從其釋放到地表的流體已證明極具挑戰性。
大西洋俯衝帶是研究該深水迴圈的有價值的最終成員，因為大西洋岩石圈水化作用因緩慢擴散而產生，預計高度不均勻。作為小安的列斯群島火山弧多學科專案的一部分，研究組研究了熔融包裹體中的硼微量元素和同位素指紋。這表明蛇紋岩（即水化地幔，而非地殼或沉積物）是俯衝水到中央弧的主要來源。
在過去大約一千萬年的時間裡，這種蛇紋岩最有可能存在於俯衝到中心弧下的一系列主要斷裂帶中。這些斷裂帶目前的脫水與當前地震發生率最高、剪下速度顯著降低的位置一致，而之前的脫水歷史則與火山生產較高和弧殼較厚的位置相一致。
這些綜合地球化學和地球物理的資料表明，俯衝板塊的結構和水化作用與火山弧的演化及其相關的地震和火山災害直接相關。
增材製造高強度大馬士革鋼
作者：
Philipp Kürnsteiner, Markus Benjamin Wilms, Andreas Weisheit, Baptiste Gault, Eric Aimé Jägle & Dierk Raabe
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2409-3
摘要：鐳射增材製造對於使用計算機輔助設計模型從金屬粉末生產複雜的三維零件很有吸引力。這種方法可以數字化控制加工引數，例如，透過使用高冷卻速率和迴圈再加熱，從而獲得合金的微觀結構。研究組最近發現，這種迴圈再加熱可在鐳射增材製造過程中在鐵-鎳-鋁合金中原位觸發鎳-鋁的沉積，他們報告了為鐳射增材量身製造的Fe19Ni5Ti（重量百分比）鋼。在製造過程中，對奈米沉澱和馬氏體相變的區域性控制可形成從大約100微米厚的層到奈米級沉澱的多個長度尺度的複雜微觀結構層次。受古代大馬士革鋼啟發，這種鋼具有硬質層和軟質層，最初是透過熟練鐵匠的摺疊和鍛造技術引入，研究組生產了一種由軟硬質層交替組成的材料。該材料具有1300兆帕的拉伸強度和10%的延伸率，顯示出比古代大馬士革鋼更優越的機械效能。研究組使用的原位沉澱強化和區域性微觀結構控制原理可應用於各種沉澱硬化合金和不同增材製造工藝。
基於糾纏的1120公里外安全量子加密
作者：
Juan Yin, Yu-Huai Li, Sheng-Kai Liao, Meng Yang, Yuan Cao, Liang Zhang, et al.
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y
摘要：
量子金鑰分發（QKD）是一種理論上安全的遠端使用者金鑰共享方式。在實地，從衛星到最遠1200公里外的地面站實現了點對點QKD。然而，現實世界中基於QKD的加密技術以地球上物理分離的使用者為目標，其最大距離約為100公里。
利用量子中繼器可以實現長距離糾纏分佈，但相關技術在實際應用中還不成熟。在不影響量子通訊安全性的前提下，擴充套件量子通訊範圍的一個絕佳替代方案是基於衛星的QKD，但迄今為止，基於衛星的糾纏分佈還不足以支援QKD。
研究組演示了在不需要可信中繼的情況下，以每秒0.12位元的有限碼速率在兩個相隔1120公里的地面站之間基於糾纏的QKD。糾纏光子對透過Micius衛星的兩個雙向下行鏈路分發到中國青海德令哈和新疆南山的兩個地面觀測站。
高效望遠鏡和後續光學系統的發展極大地提高了鏈路效率。生成的金鑰對於實際裝置是安全的，因為地面接收器經過精心設計，以確保公平取樣和對所有已知副通道的免疫。該方法不僅使地面安全距離增加了10倍，而且將QKD的實際安全性提高到了前所未有的水平。
對映介導鍵形成的分子振動的出現
作者：
Jong Goo Kim, Shunsuke Nozawa, Hanui Kim, Eun Hyuk Choi, Tokushi Sato, Tae Wu Kim, et al.
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2417-3
摘要：
化學反應的基礎研究通常使用計算或建議的勢能面來考慮沿反應座標的分子動力學。但是，透過以時間分辨的方式跟蹤所有核運動（即波包的運動），在實驗中完全對映此類動力學很有挑戰性，即使對於簡單的定型雙分子反應：A-B + C→A + B-C，也尚未實現。
研究組使用飛秒X射線液相圖和X射線自由電子鐳射，跟蹤了金三聚體[Au(CN)2−]3在單體水溶液中的光誘導成鍵過程中這些振動波包的軌跡。在由三個單體A、B、C透過非共價相互作用聚集在一起形成的絡合物中，A與B之間的距離比B與C之間的距離短。
在三維核座標中跟蹤波包發現，在光激發後的最初60飛秒內，A和B之間形成共價鍵，得到A–B +C。B和C之間的第二個共價鍵隨後在360飛秒內形成，最終形成線性共價鍵結合的三聚體A–B–C。三聚體表現出諧波振動，研究組僅使用實驗資料就可以對映並明確分配給特定的正常模式。
原則上，更強的X射線不僅可以觀察到諸如金等高度散射原子的運動，還可以觀察到諸如碳和氮等較輕原子的運動，這有助於直接跟蹤許多化學反應中涉及的原子運動。
阿瓜達·菲尼克斯紀念性建築與瑪雅文明的萌芽
作者：
Takeshi Inomata, Daniela Triadan, Verónica A. Vázquez López, Juan Carlos Fernandez-Diaz, Takayuki Omori, María Belén Méndez Bauer, et al.
連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2343-4
摘要：
考古學家傳統上認為瑪雅文明的發展是漸進的，並假設小村莊開始出現在前古典時代中期（公元前1000-350年），人們使用陶器並適應定居。早期儀式性建築群的最新發現開始挑戰這種假設。
研究組使用空載鐳射雷達對此前未知的阿瓜達·菲尼克斯遺址（位於墨西哥塔巴斯科州）進行勘測與挖掘，發現該遺址有一個人造平臺，長1400 m，高10-15 m，有9條堤道從中輻射出來。研究組使用放射性碳資料貝葉斯分析，確定該遺址為公元前1000-800年間。
據研究組所知，這是瑪雅地區有史以來最古老的紀念性建築，也是該地區整個西班牙殖民前歷史上最大的紀念性建築。儘管該遺址與早期的聖洛倫索的奧爾梅克中心有一些相似之處，但阿瓜達·菲尼克斯社群可能沒有明顯的社會不平等現象。
阿瓜達·菲尼克斯和同一時期的其他儀式性建築群表明，在瑪雅文明的初步發展中，社群工作的重要性。
《科學》2020年6月26日，第368卷，6498期
太陽對流區經向流在半球的運動
作者：
Laurent Gizon, Robert H. Cameron, Majid Pourabdian, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1469
摘要：
太陽磁場是由對流等離子體的地下運動產生的。在11年的太陽活動週期中，太陽表面磁場聚集（即太陽黑子）所在的維度向赤道漂移。
我們使用日震學來推斷1996-2019年間兩個太陽週期的經向流（緯向和徑向）。我們使用了兩個在2001-2011年重疊期間一致的資料來源。經向時間平均流在每個半球是一個單體，帶著等離子體在45°緯度以每秒4米的速度向對流區底部的赤道方向移動。
我們的結果支援傳輸流動力模型，該模型解釋了太陽黑子出現維度透過經向流的漂移。
圍繞最亮的紅矮星GJ 887執行的超地球行星系統
作者：
S. V. Jeffers, S. Dreizler, J. R. Barnes, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1477
摘要：
離太陽很近的系外行星提供了詳細描述太陽系外行星的機會。利用徑向速度測量，我們報告發現了一個緊湊的超級地球系外行星系統圍繞附近的紅矮星GJ 887執行。
這兩顆行星的公轉週期分別為9.3天和21.8天。假設有類似地球的反照率，這顆21.8天的行星的平衡溫度約為350開爾文。這兩顆行星位於水可以液態形式存在得宜居帶區域，但靠近其邊緣。
我們還探測到一個週期約為50天的未經證實的訊號，這可能相當於第三個處於更溫和軌道的超級地球。我們的觀測表明，GJ 887的光度變化率低於1/2000，這對紅矮星來說是異常安靜的。
各向異性金奈米晶的膠束定向手性種子生長
作者：
Guillermo González-Rubio, Jesús Mosquera, Vished Kumar, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1472
摘要：
表面活性劑輔助金屬奈米顆粒（NPs）生長可以透過在不對稱輔助表面活性劑存在下形成手性膠束的模板效應來獲得具有較高手性活性的各向異性金奈米晶。
混合膠束吸附在金奈米棒上，形成準螺旋狀圖案，以明顯的形態學和光學旋向直接種子生長成NPs。明顯的手性褶皺導致手性等離子體模具有高的不對稱因子（~0.20）。
透過改變手性褶皺的尺寸，手光性質可以在可見光和近紅外光譜內進行調整。這種膠束定向機制可以擴充套件到其他系統，比如手性鉑殼在金奈米棒上的種子生長。該方法為製備具有高手性光學活性的NPs提供了一種可重複、簡單和可擴充套件的方法。
質量分辨電子圓二色性離子光譜學
作者：
Steven Daly, Frédéric Rosu, Valérie Gabelica
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1465
摘要：
DNA和蛋白質具有手性：它們的三維結構不能與映象疊加。圓二向色光譜法廣泛應用於手性化合物的表徵，但對混合物的資料解釋較為困難。
我們記錄了在質譜儀中分離的DNA螺旋的電子圓二色譜。我們研究了具有不同二級結構的富G鏈，以負離子的形式電噴射，用紫外納秒光參量振盪器鐳射照射，並測量了左右圓偏振光的電子光解效率的差異。
重建的圓二向色性離子光譜類似於它們的液相對應物，從而允許我們分配DNA螺旋拓撲。直接在生物分子離子上測量圓二色性的能力擴充套件了質譜分析結構的能力。
接觸方式的變化塑造了中國新冠疫情發展動態
作者：
Juanjuan Zhang, Maria Litvinova, Yuxia Liang, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1481
摘要：
為阻止2019新型冠狀病毒（COVID-19）傳播，中國實施了密集的非藥物干預措施。隨著傳播在其他國家的加劇，年齡、接觸方式、社會距離、感染易感性和COVID-19動態之間的相互作用仍不清楚。
為了回答這些問題，我們分析了武漢和上海在疫情爆發前和期間的接觸調查資料以及湖南省的接觸追蹤資訊。在因新冠疫情保持社交距離的期間，日常接觸減少了7 - 8倍，大多數接觸僅限於家庭。
我們發現，相比15至64歲的成人（優勢比為0.34,95%可信區間0.24到0.49），0到14歲的兒童更不易受SARS-CoV-2感染，而65歲以上的成人更容易感染（優勢比為1.47,95%可信區間1.12到1.92）。基於這些資料，我們建立了一個傳播模型來研究社交距離和學校關閉對傳播的影響。
我們發現，中國在疫情爆發期間僅採取社交距離控制就足以控制COVID-19的傳播。雖然主動關閉學校本身不能阻斷傳播，但可以將高峰發病率降低40%至60%，並延緩疫情發展。
基於超構透鏡陣列的高維多光子量子源
作者：
Lin Li , Zexuan Liu, Xifeng Ren, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1487
摘要：
二維超表面的發展在量子光學技術中顯示了巨大的潛力，因為它在光場操作方面具有良好的靈活性。透過將超構透鏡陣列與非線性晶體整合，我們在10×10陣列中演示了100路自發參量下轉換光子對源，顯示了高維糾纏和多光子態產生的前景。
我們展示的二維、三維以及四維路徑糾纏態的保真度分別達到98.4%，96.6%和95.0%。此外，我們觀察到4光子和6光子的產生，不同金屬產生的光子具有很高的不可分辨性。
我們的超構透鏡陣列量子光子源結構緊湊、穩定、可控，為整合量子器件提供了一個新的平臺。
適應北極的狗出現在更新世-全新世過渡時期
作者：
Mikkel-Holger S. Sinding, Shyam Gopalakrishnan, Jazmín Ramos-Madrigal, et al.
連結：
https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1495
摘要：
雖然雪橇犬是最特殊的犬類之一，但它們的起源和演變卻沒有像其他犬類那樣受到關注。
透過對10只現代格陵蘭雪橇犬、一隻具有考古學證據與雪橇技術有關的約9500歲的西伯利亞犬和一隻約33000歲的西伯利亞狼進行基因組測序，我們應用了基因組學方法來研究它們在時空中的聯絡。
我們發現古代狗和現代雪橇犬之間有顯著的基因相似性。我們檢測了從更新世西伯利亞狼（但不是現代美國狼）到現代雪橇犬的基因流。
這一結果表明，現代雪橇犬的主要祖先可以追溯到西伯利亞，那裡的雪橇犬特有的單倍型基因在9500年前就已經建立起來了，而這種基因可能與適應北極的環境有關。
