人類第一次看到了暗物質(zhì)？| 新聞串燒

設(shè)置星標(biāo)★關(guān)注，從此你的世界多點科學(xué)~

內(nèi)容提要

1. 暗物質(zhì)初見|暗物質(zhì)的構(gòu)成及其是否真實存在仍是未解之謎。最近日本學(xué)者觀測發(fā)現(xiàn)了一種伽馬射線的分布模式，其形態(tài)恰好與從銀河系核心呈球狀擴(kuò)散的暗物質(zhì)暈輪廓相吻合。這或許是我們第一次看到暗物質(zhì)的直接證據(jù)。

2. 觸發(fā)自身免疫 |紅斑狼瘡此前已被證實與導(dǎo)致傳染性單核細(xì)胞增多癥的EB病毒有關(guān)。如今科學(xué)家進(jìn)一步洞悉了EB病毒誘發(fā)這種自身免疫性疾病的作用機(jī)制，此機(jī)制與記憶B細(xì)胞密切相關(guān)。

3. 量子計算新產(chǎn)品 |IBM公布了兩款新型量子計算機(jī)“夜鷹”和“潛鳥”，其采用的量子比特以復(fù)雜精妙的新方式連接，或?qū)閷崿F(xiàn)無誤差計算開辟道路。

人類第一次看到了暗物質(zhì)？

伽馬射線氣泡示意圖

暗物質(zhì)概念源起1930年代。當(dāng)時瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky)發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)星系的旋轉(zhuǎn)速度似乎超出了其質(zhì)量所允許的范圍。于是他根據(jù)觀測結(jié)果提出理論：暗物質(zhì)——一種既不發(fā)光也不吸光的物質(zhì)，卻對其周圍星系施加著無形的引力作用。

此后科學(xué)界一直致力搜尋暗物質(zhì)粒子，不過迄今為止，無論是地面探測器、太空望遠(yuǎn)鏡，抑或是像大型強子對撞機(jī)這樣的科學(xué)重器，均未收獲十分確鑿的實證。

在眾多暗物質(zhì)理論中，有一種假說認(rèn)為，暗物質(zhì)由所謂“大質(zhì)量弱相互作用粒子”(WIMP)構(gòu)成。此類假想粒子比原子內(nèi)部的質(zhì)子更重，卻幾乎不與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生相互作用，故極難探測。當(dāng)兩個WIMP碰撞時，它們會相互湮滅，釋放其他粒子并爆發(fā)出伽馬射線。

若暗物質(zhì)的確由WIMP構(gòu)成，也的確如其引力作用效果所展現(xiàn)的那樣分布整個銀河系，那么我們應(yīng)當(dāng)能實際觀測到WIMP自湮滅產(chǎn)生的輻射輝光。多年來，天文學(xué)家總在爭論“來自銀河系中心的異常伽馬射線過量現(xiàn)象是否就是暗物信號”，但至今仍無定論。

為探尋潛在暗物質(zhì)信號，東京大學(xué)天體物理學(xué)家戶谷友則(Tomonori Totani)分析了美國宇航局（NASA）費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)。該望遠(yuǎn)鏡能夠探測電磁波譜中能量最高的光子。他從數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)了一種伽馬射線分布模式，其形態(tài)恰好吻合從銀河系中心向外呈球狀擴(kuò)散的暗物質(zhì)暈的輪廓。

戶谷友則表示：該信號與理論預(yù)測的暗物質(zhì)釋放伽馬射線特性高度吻合。若自己觀測到的確為暗物質(zhì)活動，那么根據(jù)數(shù)據(jù)可判斷，此暗物質(zhì)由比質(zhì)子質(zhì)量大500倍的基本粒子構(gòu)成。

相關(guān)研究細(xì)節(jié)已發(fā)表于《宇宙學(xué)與天體粒子物理學(xué)報》(

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

資料來源：

EB病毒為何能引發(fā)紅斑狼瘡？

EB病毒是一種廣泛存在的人類皰疹病毒，常通過唾液傳播，其造成的絕大多數(shù)感染不會引發(fā)明顯癥狀。

不過它能重構(gòu)人體免疫細(xì)胞，從而導(dǎo)致部分人群發(fā)展出自身免疫性疾病——系統(tǒng)性紅斑狼瘡。過往多項研究證實了這種關(guān)聯(lián)，而且不只是狼瘡，諸如多發(fā)性硬化癥、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性硬化癥等一系列自身免疫性疾病都與EB病毒密切相關(guān)。（詳見：）

狼瘡發(fā)作時，免疫系統(tǒng)過度活躍，B細(xì)胞和T細(xì)胞等持續(xù)攻擊健康組織，引起肌肉關(guān)節(jié)疼痛、皮疹、極度疲勞等多種癥狀。當(dāng)然，此病的具體病理機(jī)制尚不明確，科學(xué)家推測其中會涉及到遺傳、激素因素以及環(huán)境誘因(如病毒和微生物群紊亂)的相互作用。

另一個重要事實是，狼瘡患者在全球范圍內(nèi)僅約500萬人，其中約90%為女性，這類群體體內(nèi)往往有較高水平的抗EB病毒抗體。

為深入探究狼瘡與EB病毒的關(guān)聯(lián)機(jī)制，斯坦福大學(xué)學(xué)者威廉·羅賓遜(William Robinson)與同事開發(fā)出名為EBV-seq的單細(xì)胞RNA測序平臺。該技術(shù)可識別狼瘡患者體內(nèi)哪些B細(xì)胞(負(fù)責(zé)產(chǎn)生中和病原體的抗體)被EB病毒感染，并找出這些B細(xì)胞生成RNA分子所要表達(dá)的基因。

研究團(tuán)隊分析了11名狼瘡患者的血液樣本后發(fā)現(xiàn)，每1萬個完成測序的B細(xì)胞中約有25個感染了EB病毒。相比之下，10名健康個體的情況表明，每1萬個測序B細(xì)胞僅有0~3個感染病毒。

大部分受感染細(xì)胞屬于記憶B細(xì)胞，有能力記住過去遭遇的病原體身份，并于“再相逢”時快速啟動免疫應(yīng)答。

羅賓遜等人意識到，受EB病毒感染的記憶B細(xì)胞會表達(dá)ZEB2基因和TBX21基因，引發(fā)連鎖反應(yīng)，激活輔助性T細(xì)胞，進(jìn)而招募未感染的B細(xì)胞。這種惡性循環(huán)最終導(dǎo)致免疫活動失控，開始攻擊人體自身組織。

證明EB病毒在狼瘡發(fā)病中起關(guān)鍵作用的核心發(fā)現(xiàn)是：它通過產(chǎn)生一種名為EBNA2的蛋白質(zhì)來激活記憶B細(xì)胞。EBNA2蛋白會與ZEB2和TBX21基因結(jié)合，顯著增強它們的活性。

關(guān)于“為何多數(shù)EB病毒感染者不會罹患紅斑狼瘡”的問題，羅賓遜認(rèn)為這在很大程度上由遺傳決定，僅小部分人的基因決定了其“B細(xì)胞更易錯誤攻擊健康細(xì)胞”。“這些人因遺傳易感性和特定環(huán)境因素共同作用，更有可能在被EB病毒感染后患上狼瘡。”

更重要的是，新發(fā)現(xiàn)或許解釋了“為何某些CAR-T細(xì)胞療法在部分狼瘡臨床試驗里取得顯著療效”。CAR-T療法通過基因工程技術(shù)改造患者自身的T細(xì)胞，令其攻擊特定目標(biāo)，最初用于治療由B細(xì)胞失控增殖引發(fā)的血液癌癥，通常能清除大量B細(xì)胞。在羅賓遜看來，可能正是這種作用機(jī)制耗光了受EB病毒感染的B細(xì)胞。

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IBM發(fā)布兩款新型量子計算機(jī)，向無差錯的量子計算邁進(jìn)

11月中旬，老牌科技企業(yè)IBM推出兩款最新型的量子計算機(jī)：“夜鷹”(Quantum Nighthawk)和“潛鳥”(Quantum Loon)。整個行業(yè)都在努力構(gòu)建沒有誤差的量子超級計算機(jī)，而IBM的技術(shù)路線顯得與眾不同，其新產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了超導(dǎo)量子比特在計算單元內(nèi)部及不同單元之間的新型連接方式。

IBM的科學(xué)家杰·甘貝塔(Jay Gambetta)透露，他們首次公布設(shè)計方案時曾被學(xué)界質(zhì)疑其可行性，當(dāng)時甚至有同行認(rèn)為IBM的思路已經(jīng)脫離實際。此次發(fā)布無疑是對質(zhì)疑聲的有力回應(yīng)，不僅驗證了技術(shù)方向的可行性，更為下一代實用化量子設(shè)備奠定創(chuàng)新基礎(chǔ)。

在潛鳥系統(tǒng)中，每個量子比特均與另外6個量子比特相連，而且這些連接可以突破二維平面——不僅能沿芯片平面運轉(zhuǎn)，還可在垂直于平面的方向上行動。這是當(dāng)前其他任何超導(dǎo)量子計算機(jī)都不具備的能力。夜鷹系統(tǒng)采用了四向連接的量子比特架構(gòu)。

增強的連接性使系統(tǒng)兼具更高的計算能力和更低的誤差率。這或許會是攻克現(xiàn)有量子計算機(jī)最大難點的關(guān)鍵。

甘貝塔指出，夜鷹的初步測試顯示，它所能運行的量子計算程序，在復(fù)雜程度上可比IBM當(dāng)前最常用量子計算機(jī)運行的程序高出30%。計算復(fù)雜度提升將拓展量子計算應(yīng)用場景.事實上，IBM的過往產(chǎn)品已實現(xiàn)化學(xué)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用。

當(dāng)然，行業(yè)的終極目標(biāo)在于，將量子比特整合為所謂“邏輯量子比特”，以求通過糾錯機(jī)制壓低錯誤率，實現(xiàn)容錯計算。IBM總在倡導(dǎo)一種要求邏輯量子比特規(guī)模小于其他競爭對手的方法，這種技術(shù)路線有望幫助IBM既達(dá)成無錯的量子計算，又避免構(gòu)建數(shù)百萬量子比特所需的成本和工程難題。

不過實現(xiàn)該目標(biāo)的前提是必須建立量子比特間的高密度互聯(lián)——這正是甘貝塔團(tuán)隊宣稱在潛鳥系統(tǒng)上取得的突破。

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