【科创热榜前沿科技周报】-77期转贴

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一周前沿科技盘点〔77〕丨激光万般绚烂，“10拍瓦上限”突破；绝美的大质量原恒星团，并非朝夕“养成” 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240123_147784.html

超强超短激光装置应用面极广，涉及基础物理、国防安全、产业服务、健康医疗等重要领域。近日，科学家研发了一种拼接钛宝石啁啾脉冲放大技术，突破钛宝石超强超短激光“10拍瓦上限”。每每仰望夜空，我们所看到的闪耀星光主要来自大质量恒星，对其“过往”却所知甚少。这些庞然大物究竟是如何形成的？得益于新一代射电望远镜，这种认知的局限已逐步打破。近期，科学家“画”出了大质量原恒星团的演化图景。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第七十七期。

1、《Advanced Photonics Nexus》丨激光万般绚烂，“10拍瓦上限”突破！ 

拼接钛宝石啁啾脉冲放大技术

1960年，第一台激光器诞生，其原理是用一个高强闪光灯管激发红宝石发出红光。人们发现，激光光源优势显著，集单色性、方向性好、亮度高等于一身。所以此后的科学家始终致力于寻求更高的激光强度、更广的应用范围相关技术。当下，10拍瓦（1拍瓦=1千万亿瓦）级别的激光建设，更是各国前沿科技的“兵家必争之地”。

超强超短激光装置应用面极广，涉及基础物理、国防安全、产业服务、健康医疗等重要领域。“超强”指激光的峰值功率一般大于1太瓦，功率之大令人咋舌；“超短”指激光持续的时刻很短，达到飞秒量级。自1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超强超短激光实验装置（SULF）”、2019年的10拍瓦“欧盟极端光设施之核物理ELI-NP”，峰值功率的大幅提升得益于大口径激光增益介质从“钕玻璃”向“钛宝石”的转变，使高能激光脉宽从约500飞秒减小至约25飞秒。然而，10拍瓦似乎成了钛宝石超强超短激光的峰值功率上限。

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与上海科技大学合作，提出并验证了一种拼接钛宝石啁啾脉冲放大技术（T-CPA）。该技术既能增大钛宝石口径，又能截断横向寄生振荡，还能规避复杂时空控制。研究团队在100太瓦级超强超短激光平台上成功完成了高时空性能的实验演示并获得理想结果。该工作为突破钛宝石超强超短激光“10拍瓦上限”和开发百拍瓦级超强超短激光提供了技术手段。

原文链接：https://doi.org/10.1117/1.APN.2.6.066009

2、《The Astrophysical Journal Supplement》丨绝美的大质量原恒星团，并非朝夕“养成”

ASSEMBLE观测样例。左图背景展示的是斯皮策太空望远镜观测的中红外伪三色图，用于展示该区域活跃的大质量恒星形成活动，叠加在上面的白色轮廓是APEX望远镜的870微米连续谱巡天数据，勾勒大质量团块区域；中图展示ALMA提高了约20倍分辨率看到的870微米连续谱数据；右图展示的是采用选源算法得到的致密云核分布情况。

每每仰望夜空，我们所看到的闪耀星光主要来自大质量恒星。这些庞然大物究竟是如何形成的？我们对其“过往”却所知甚少。近日，来自北京大学、中国科学院上海天文台、中国科学院国家天文台、云南大学、广州大学等的青年学者联合展开了ASSEMBLE项目，该巡天项目使用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵列（ALMA）在0.9毫米波段，对11个活跃的大质量恒星形成区开展了深度拼接成图观测，致力于完整呈现大质量原恒星团的全貌。

多年来，科学家一直在探索大质量恒星质量增长的路径。大质量恒星质量的增长，主要来自分子云的碎裂成为致密云核，以及气体吸积导致的质量增长。大质量恒星形成过程的复杂性，就决定了要使用高分辨率设备解析单个云核。同时，碎裂和吸积是随时间变化的动态过程，使大质量原恒星团成为高度动态的研究对象。相比于其几百万年的演化时标，天文观测却只能捕捉其漫长一生的短暂一瞬。为了描绘出它们完整的动态演化图景，研究者需要观测大量类似性质的样本，以复现它们在不同时间点的状态。“我们正踏上一条漫长的旅程，捕捉原恒星团生命中的每一个短暂瞬间，见证它们的诞生和演变”，ASSEMBLE观测项目的负责人、中国科学院上海天文台的刘铁研究员表示。

研究团队深入而系统地研究了处于不同演化阶段的大质量原恒星团，进而提出了关于大质量原恒星团演化的全面动态视角：在初始阶段，原恒星团起源于热力学金斯碎裂，表现为较大的云核间距和质量未分层。随后，纤维状结构作为“传送带”，促进物质从团块尺度的弥散介质向致密云核的转移，从而逐渐建立起团块与云核之间的联系。同时，原恒星从致密核心中形成，导致气体和尘埃的加热，团块转变为红外弱状态。由于持续的引力坍塌和收缩效应，原恒星团变得更加紧密，核心间距缩小，晚期出现质量分层。

过去受观测设备及技术水平的限制，对星团的研究多集中于成熟星团。近年来，新一代射电望远镜分辨率、灵敏度、计算能力提升，急剧扩大了原恒星团样本量，科学家才得以“溯本求源”，逐渐揭开大质量星团早期演化过程的面纱。

原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/acfee5

3、人工视觉芯片，越来越接近人类视觉了

脉冲视觉信号流 

人工视觉芯片是一种感算一体化的图像传感器、一种典型的边端型智能感知系统芯片，依托单芯片，即可完成图像获取和原位实时智能图像处理等任务。它广泛应用于自动驾驶、敏捷机器人、智能无人机、混合现实和工业机器视觉等前沿领域。目前的人工视觉芯片以多比特实数数据形式在片上进行图像信息的获取、表达、处理和传输，面临处理数据量大、深度神经网络计算复杂度高、电路复杂、片上存储开销大、处理延迟和功耗大等诸多的设计和应用挑战。

近日，中国科学院半导体研究所刘力源团队创新性地设计了一款脉冲型人工视觉芯片，它集成了单光子脉冲型图像传感器和可重构脉冲视觉处理器，可现视觉信息的获取、表达、处理和传输等全链路的信息脉冲化，更接近人类的视觉系统。

具体看，芯片采用单光子雪崩二极管像素（SPAD）生成高速脉冲型图像信号，以神经形态脉冲计算范式直接处理单光子脉冲视觉信号，构建了一个低复杂度、低延迟的脉冲视觉信号流处理系统，最高成像速率为每秒10万脉冲图像帧，动态范围高达100dB，具有二维三维融合的目标识别定位和光照自适应功能。该项研究特定设备提供了实现低延迟多模视觉感算一体化高集成度片上系统芯片的新方法。

4、《Physical Review Letters》丨细胞“挤来挤去”自有它的道理

失稳界面加速细胞群体的生长

许多重要的生物学过程会涉及细胞群体的生长，比如肿瘤增殖，微生物群落生长，伤口组织愈合等。对于生长的细胞群体，局域的细胞生长会挤压周围的细胞，从而导致局域压强的升高。另一方面，细胞间的挤压会反过来减缓细胞的生长和细胞周期的进程，从而对细胞群体的生长产生负反馈调节。同时，细胞群体在快速生长过程中常常会出现界面失稳（Fingering instability）现象。这一现象十分常见，在上皮组织的铺展、生物膜的斑图形成等过程中都能观察到。

近日，北京大学前沿交叉学科研究院定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心的林杰课题组，建立了连续场力学模型，他们借助综合理论分析与数值模拟，从力学角度解释了细胞群体生长过程中的界面失稳机制，还从进化角度阐释了界面失稳现象为何普遍存在：失稳可以缓解细胞间的相互挤压从而加速生长，选择压力会使得细胞改变自身的力学性质从而获得进化优势。

原文链接：https://journals.aps.org/prl/abs ... sRevLett.132.018402

5、《Nature Communications》丨人体微生态的“百科全书”来了

人体微生物群与各器官存在广泛且深入的交流，进而组成了人体“微生态系统”，在维持人体稳态、抗感染以及调节免疫系统功能等方面扮演关键角色。人体“微生态系统”失衡是导致多种疾病比如癌症、慢性心血管疾病、免疫代谢性疾病等的关键因素之一。因此，针对人体“微生态系统”的干预措施有望成为新的疾病治疗热点。然而，目前对于人体微生物群在不同器官位点的空间异质性、个体异质性以及微生物群跨器官传播等方面缺乏深入研究。

西安交通大学第一附属医院佘军军、丁小明和香港中文大学于君团队攻关5年，全面采集人体7大器官（口腔、食管、胃、小肠、阑尾、大肠、皮肤）53个解剖位点的1608份微生物样本，采用16S rRNA测序及PacBio三代全长测序技术，绘制了详实的人体表面器官（内表面-全消化道；外表面-皮肤）细菌微生物群落全景图谱。鉴定出人体表面器官的共有核心微生物群及不同位点的特征性微生物群，揭示人体不同部位微生物群组成及分布的多样性和特异性；发现人体内微生物群在消化道不同位点及消化道黏膜—内容物间的传播和迁移规律，揭示一系列具有特定传播倾向的微生物在塑造不同消化道位点特征菌群中关键作用；全面揭示不同位点消化道内微生物互作关系的普遍性和特异性。他们发现，即使同类微生物间，也会随着解剖生理位置不同表现出极大的空间异质性。这项研究为人体微生态系统研究提供了“百科全书式”的基础性参考依据，为进一步认识微生物群在人体不同器官间的功能，及开发针对人体微生态系统的干预措施提供理论依据。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44720-6

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补充内容 (2024-1-31 10:07):

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