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科学家创造最稳定的原子钟

能够以前所未有的精度测量宇宙常数

美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员通过使用两个原子钟创造了世界上最稳定的时钟。原子钟通过激光测量原子的频率,达到了极高的精度。

必须要说清楚的是,这个钟表并不是世界上最精确的时钟,而是最稳定的时钟。这种区别源自德国科学在联邦物理技术研究所(Physikalisch-TechnischeBundesanstalt)制造的原子钟。精度是精确模拟原子振荡的能力;而稳定性是单位时间间隔保持稳定的能力。

原子钟的一个常见问题是所谓“死区”(deadtme),会出现在在准备及测量原子的操作中。这意味着这段时间原子钟没有被校准,并会积累“噪音”影响计时。为了弥补这个问题,研究人员在一个系统中使用两个原子钟,消除了所有停机时间。当其中一个系统关闭时,另一个打开。

“我们消除了时钟操作中的一种关键的噪声,可以有效地增强时钟信号,”NIST物理学家AndrewLudlow说。“这意味着我们可以在几千秒内就能是时钟的不稳定性降至约一百亿亿分之一。”

测量常数

这项进展可以使人们制造更好的原子钟。双时钟系统可以用于其他种类的原子钟,增加稳定性。这种技术也可以很容易地让原子钟做得更小,让原子钟走出实验室。

此外,这种超稳定的时钟也可以用于更加精确地测量自然的“基本常数”。这些时钟意味着我们能够以前所未有的精度测量宇宙中的常数。

原子钟还能用于搜寻暗物质。物理学家认为暗物质在宇宙中运动时,会穿过普通物质。原子钟或许可以用于测量暗物质产生的时间偏差。

也许原子钟会帮我们揭开宇宙的奥秘,谁知道呢?

参考:   据悉,美国范德堡大学的一组科学家发明出一种新型的生物发光传感器,科学家们通过对荧光素酶这种生物酶进行基因改造而制成该传感器,它可以让单个的脑细胞像萤火虫那样,在黑暗中闪闪发光熠熠生辉。很多生物,比如萤火虫,之所以会发光就是利用了这种酶。该研究成果已经发表在0月7日的《自然通讯》期刊上。

  那么,这种研究方法可以用来做什么呢?答案是:追踪大脑中大型神经网络的内部互动情况。

  研究小组领头人CarlJohnson教授说:“长期以来,神经系统科学家依靠电讯号纪录神经元的活动。该方式虽然能起到很好的检测效果,但却只能用于少量神经元。而我们的新方法可以使用光学技术,同时记录数百个神经元的活动。”

  其实光学手段此前也并不罕见,“光学纪录的方式一般使用荧光,这需要很强烈的外部光源。它带来的副作用就是引起生物组织发热并且直接一些生物进程,尤其是那些光敏感的活动。”

  Johnson教授和同事对“一种小型生物体,此前乏人   “新的方法能在黑暗中发光(worksinthedark)!”

  具体如何使用这种方法呢?教授把发光感应器附在一种病毒上,该病毒可以感染神经元,这样感应器就进入了神经元细胞内部。听起来还蛮吓人的对不对?

  然后研究人员选择钙离子作为神经元活动的信号标志。首先,感应器一旦遇到钙离子就会发光;其次,钙离子参与神经元的活化过程——神经元外的周围环境中钙含量往往较高,但是细胞内部含量很低,但是在神经元受到来自“邻居(另一个神经元)”的刺激时,钙含量会短暂达到尖峰水平。

  接着教授他们测试了该方法对大规模神经元们效果如何。他们把感应器插入老鼠海马体的大脑切片(含有数千个神经元)中,然后加入调高浓度的钾离子,这导致细胞的离子通道打开,并且钙离子含量也会产生变化。然后他们发现传感器通过增亮和变暗来响应钙浓度的变化——这证明感应器对一群神经元能同样起到检测作用。

  看这幅照片,神经元被感应器发出的光芒点亮,像不像茫茫宇宙中一颗耀眼的星星?本来人体中就蕴含着浩如烟海的未解之谜,希望这个颇具传奇色彩的发现能带给人类更多答案。

来源:IT之家

科学家研发可弯曲超级电容器手机充电几秒便可完成

中佛罗里达大学(UCF)纳米科学技术中心的一组科学家近日研发了一种新型可弯曲超级电容器,具有很高的能量与功率密度。

图片显示了该电容器的一部分设计。

  新浪科技讯北京时间月9日消息,据国外媒体报道,中佛罗里达大学(UCF)纳米科学技术中心的一组科学家近日研发了一种制造可弯曲超级电容器的新方法,能够储存更多电量,并且充电次数哪怕多达3万次,性能也不会衰减。该方法将为手机、电动汽车等技术带来革命性的变化。“如果给手机装上了这些超级电容器,充电只需几秒钟便可完成,并且能持续使用超过一周。”完成了大部分研究工作的博士后研究助理尼廷·丘德哈里(NitinChoudhary)指出。

  使用智能手机的人都遇到过这样的问题:过了一年半左右,电池便会退化,充电后可使用的时间会越来越短。科学家一直在试图用纳米材料改进超级电容器的性能,从而提升电子设备中电池的表现,甚至将电池取而代之。这个问题颇为棘手,因为超级电容器要想储存与锂离子电池相同的电量,体积就要比后者大得多。

  中佛罗里达大学的研究团队试图将一些新发现的、只有几个原子厚的二维材料运用到超级电容器上。其他研究人员也尝试过采用石墨烯和其它二维材料,但成功的案例少之又少。“人们在将二维材料与现有电池材料融合的过程中存在一些问题,这一直是该领域的一大瓶颈。而我们研发了一种简单的化学合成方法,可以将现有材料与二维材料很好地融合在一起。”该项目的主要研究员、纳米科学技术研究中心和材料科学与工程学院助理教授Yeonwoong"Eric"Jung表示。

  他的团队研发的超级电容器由上百万根直径仅有几纳米的电线构成,电线外面包覆着一层二维材料。中心材料的导电能力很强,电子可以在其中快速流动,从而实现快速充电和放电。而外层的二维材料则能大大提高电容器储存的电量和功率密度。

  科学家早就意识到,二维材料可以在电能存储设备中起到巨大的作用。但在此次由中佛罗里达大学开展的研究之前,人们一直没有找到让其发挥潜力的方法。“对于小型电子设备而言,我们的材料在能量密度、功率密度和循环稳定性方面都超越了传统材料。”丘德哈里指出。

  循环稳定性决定了电池在开始退化前可以充电、放电、然后重新充电的次数。例如,锂离子电池在明显失效之前,可以重新充电次。此前人们研发的采用了二维材料的超级电容器则能重新充电数千次。而相比之下,由中佛罗里达大学研发的这种超级电容器即使充电次数多达3万次,性能也不会退化。Jung正在与中佛罗里达大学的技术转让办公室合作,希望为该方法申请专利。

  采用了新型材料的超级电容器可以被用在手机和其它电子设备中,电动汽车安装该电容器之后,功率和速度也将大大提升。此外,由于这种新型电容器可以弯折,可穿戴设备技术也将随之进步。“新型超级电容器还没有做好商业化生产的准备,”Jung表示,“但它验证了此概念的可行性,并且我们的研究显示,它可以对许多技术产生巨大的影响。”

来源:新浪科技,作者:叶子

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