人類第一次看到了暗物質？| 新聞串燒

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內(nèi)容提要

1. 暗物質初見|暗物質的構成及其是否真實存在仍是未解之謎。最近日本學者觀測發(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散的暗物質暈輪廓相吻合。這或許是我們第一次看到暗物質的直接證據(jù)。

2. 觸發(fā)自身免疫 |紅斑狼瘡此前已被證實與導致傳染性單核細胞增多癥的EB病毒有關。如今科學家進一步洞悉了EB病毒誘發(fā)這種自身免疫性疾病的作用機制，此機制與記憶B細胞密切相關。

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

人類第一次看到了暗物質？

伽馬射線氣泡示意圖

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

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

在眾多暗物質理論中，有一種假說認為，暗物質由所謂“大質量弱相互作用粒子”(WIMP)構成。此類假想粒子比原子內(nèi)部的質子更重，卻幾乎不與常規(guī)物質發(fā)生相互作用，故極難探測。當兩個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。

若暗物質的確由WIMP構成，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，那么我們應當能實際觀測到WIMP自湮滅產(chǎn)生的輻射輝光。多年來，天文學家總在爭論“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。

為探尋潛在暗物質信號，東京大學天體物理學家戶谷友則(Tomonori Totani)分析了美國宇航局（NASA）費米伽馬射線空間望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。該望遠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散的暗物質暈的輪廓。

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

相關研究細節(jié)已發(fā)表于《宇宙學與天體粒子物理學報》(

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

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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。

不過它能重構人體免疫細胞，從而導致部分人群發(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聯(lián)，而且不只是狼瘡，諸如多發(fā)性硬化癥、類風濕關節(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。（詳見：）

狼瘡發(fā)作時，免疫系統(tǒng)過度活躍，B細胞和T細胞等持續(xù)攻擊健康組織，引起肌肉關節(jié)疼痛、皮疹、極度疲勞等多種癥狀。當然，此病的具體病理機制尚不明確，科學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病毒的關聯(lián)機制，斯坦福大學學者威廉·羅賓遜(William Robinson)與同事開發(fā)出名為EBV-seq的單細胞RNA測序平臺。該技術可識別狼瘡患者體內(nèi)哪些B細胞(負責產(chǎn)生中和病原體的抗體)被EB病毒感染，并找出這些B細胞生成RNA分子所要表達的基因。

研究團隊分析了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細胞僅有0~3個感染病毒。

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

羅賓遜等人意識到，受EB病毒感染的記憶B細胞會表達ZEB2基因和TBX21基因，引發(fā)連鎖反應，激活輔助性T細胞，進而招募未感染的B細胞。這種惡性循環(huán)最終導致免疫活動失控，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的蛋白質來激活記憶B細胞。EBNA2蛋白會與ZEB2和TBX21基因結合，顯著增強它們的活性。

關于“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細胞更易錯誤攻擊健康細胞”。“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改造患者自身的T細胞，令其攻擊特定目標，最初用于治療由B細胞失控增殖引發(fā)的血液癌癥，通常能清除大量B細胞。在羅賓遜看來，可能正是這種作用機制耗光了受EB病毒感染的B細胞。

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IBM發(fā)布兩款新型量子計算機，向無差錯的量子計算邁進

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：“夜鷹”(Quantum Nighthawk)和“潛鳥”(Quantum Loon)。整個行業(yè)都在努力構建沒有誤差的量子超級計算機，而IBM的技術路線顯得與眾不同，其新產(chǎn)品采用模塊化設計，實現(xiàn)了超導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的科學家杰·甘貝塔(Jay Gambetta)透露，他們首次公布設計方案時曾被學界質疑其可行性，當時甚至有同行認為IBM的思路已經(jīng)脫離實際。此次發(fā)布無疑是對質疑聲的有力回應，不僅驗證了技術方向的可行性，更為下一代實用化量子設備奠定創(chuàng)新基礎。

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，還可在垂直于平面的方向上行動。這是當前其他任何超導量子計算機都不具備的能力。夜鷹系統(tǒng)采用了四向連接的量子比特架構。

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)有量子計算機最大難點的關鍵。

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，在復雜程度上可比IBM當前最常用量子計算機運行的程序高出30%。計算復雜度提升將拓展量子計算應用場景.事實上，IBM的過往產(chǎn)品已實現(xiàn)化學等領域的實際應用。

當然，行業(yè)的終極目標在于，將量子比特整合為所謂“邏輯量子比特”，以求通過糾錯機制壓低錯誤率，實現(xiàn)容錯計算。IBM總在倡導一種要求邏輯量子比特規(guī)模小于其他競爭對手的方法，這種技術路線有望幫助IBM既達成無錯的量子計算，又避免構建數(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)——這正是甘貝塔團隊宣稱在潛鳥系統(tǒng)上取得的突破。

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