正文
[1] Bowden GT. Prevention of non-melanoma skin cancer by targeting ultraviolet-B-light signalling. Nat Rev Cancer. 2004;4:23–35.
[2] Narita K, Asano K, Morimoto Y, et al. Disinfection and healing effects of 222-nm UVC light on methicillin-resistant Staphylococcus aureus infection in mouse wounds. J Photochem Photobiol B. 2018; 178:10–18.
[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/ku-riw040720.php
实验
首次
观测到贝特弦
晶体中规则排列的原子会表现出复杂的相互作用，从而导致新的物态。在一些晶体中，磁相互作用是一维的，如果更进一步，相邻的磁矩指向相反方向，那么就形成了一维的反铁磁体。1931年，物理学家贝特
（Hans Bethe）
首次从理论上描述了这种现象，并且预言两个以上的连续磁矩激发会形成所谓的贝特弦
（Bethe string）
。
当系统处于基态时，磁矩要么向上要么向下，与外部磁场反向的自旋（红色箭头）永远不会连起来。而在激发态，更多的自旋会发生反转，处在与外部磁场反平行的状态，从而形成贝特弦（白色箭头）。| 图片来源：HZB
在通常的实验条件下，贝特弦非常不稳定，我们很难观测到它们。不过就在最近，来自柏林亥姆霍兹研究中心
（HZB）
的物理学家第一次在实验中确定了贝特弦的存在
[1, 2
]
。他们使用SrCo
2
V
2
O
8
晶体作为一维反铁磁体系统，在强磁场下，通过中子散射实验研究了弦态在整个布里渊区的色散关系及磁场依赖性。结果发现，实验观测到的特征能量、散射强度、线宽等特性与根据贝特拟设
（Bethe ansatz）
所做的计算高度吻合。
[1] https://www.helmholtz-berlin.de/bin/news_seite?nid=21228;sprache=en;intern=1
[2] Bera, A., Wu, J., Yang, W., Bewley, R., Boehm, M., Xu, J., Bartkowiak, M., Prokhnenko, O., Klemke, B., Islam, A., Law, J., Wang, Z. and Lake, B., 2020. Dispersions of many-body Bethe strings. Nature Physics.
第一张彩色照片如何获得了颜色？
1848年，法国科学家埃德蒙·贝克勒尔
（Edmond Becquerel）
[1
]
基于当时的氯化银技术制造出第一批太阳光谱的彩色照片。但照片颜色的来源却众说纷纭，主要分为两派：一派持色素起源假说，认为是感光层中的银和氯元素曝光时发生化学反应形成了色素，另一派持干涉起源假说，认为是光的干涉作用于色彩层颗粒，形成了与色彩波长尺寸相应的微型结构。
太阳光谱的彩色照片。|图片来源：Edmond Becquerel（1848），Musée Nicéphore Niépce, Chalon-sur-Saône.
然而就在最近，来自法国文物保护研究中心、SOLEIL同步加速器和固体物理学实验室的联合团队发表论文
[2, 3
]
，通过化学分析和形态研究并借助电子显微镜等进行观测，检验了上述两种假说，结果既没有发现色素假说认为应有的色彩化学成分变化，也没有发现支持干涉假说的规则性微结构。
当检验色彩面时，科学家在氯化银晶粒基体中发现了金属银纳米颗粒，这些纳米颗粒的尺寸分布和位置根据不同颜色而各异。电子振荡能量的证据进一步表明，银纳米颗粒分散体因感光层曝光而发生了改变，研究人员由此提出第三种假说：根据光的颜色和能量的不同，纳米颗粒在曝光后发生重组，一些凝聚起来，一些四散分裂。新构型中的纳米颗粒会吸收各种颜色的可见光，除了最初改变其微观结构的那种光，这也就是我们看到的色彩。
纳米颗粒与颜色有关的这种特性与固体物理中的表面等离激元有关，表面等离激元是在光场激发下金属纳米结构中的自由电子和光子互相作用产生的共谐振荡，具有选择性光散射和吸收等特点。就这样，二十世纪纳米光子学解开了旧世纪谜题。
[1] 注：法国科学家埃德蒙·贝克勒尔也是天然放射性现象的发现者亨利·贝克勒尔的父亲。
[2] http://www.cnrs.fr/en/mystery-solved-we-finally-understand-origin-colours-first-colour-photographs
[3] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001241
行人动力学模型为疫情应急处置出谋划策
随着部分国家和地区新冠疫情日益加重，许多身处海外的人士开始考虑回国。但漫长的归国旅途，复杂的转运、登记、检测流程也会提高感染病毒的风险。西佛罗里达大学计算机科学系教授 Ashok Srinivasan 等人就建立了适用于狭窄空间的行人动力学
（Pedestrian Dynamics）
模型——“冷静”模型
（Constrained Linear Movement Model，CALM）
。这一模型可以预测模拟人群的运动行为，并分析人群运动过程中的风险，为相关的政策制定提供参考建议。与先前类似的模型相比，通过代码优化和超级计算机的辅助，该模型
[1, 2
]
的运算速度提升了60倍。
Srinivasan等人建立的“冷静”模型把人的运动行为分解为三条规则：1. 远离那些距离太近的人；2. 靠近那些距离很远的人；3. 跟周围人的移动方向保持一致。通过对环境的数据采集，并结合上述三条规则，研究者就可以对人群的运动行为做出模拟预测。以旅客离机为例，这一模型就很好地模拟出了旅客下飞机时的动力学过程。如下图所示：
旅客离机过程模拟。| 图片来源[1]
上图描述了旅客离开座位，在过道上排队、走到机舱门下飞机的全过程
（绿色圆点表示旅客，蓝色圆点、边框则表示飞机的座椅、机舱结构）
。这样的仿真模拟有助于暴露出在不同场景中防疫策略存在的问题。例如，与快速的离机过程相比，登机时的安检排队等环节就会加大了旅客的感染风险。
Srinivasan也表示，尽管已经对模拟环境做了仔细的分析、建模，但该模型并不能包含现实世界所有的影响因素。一个被模型忽略的极端特例就能造成疾病的大范围传播。
[1] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0229690
[2] https://www.tacc.utexas.edu/-/how-at-risk-are-you-of-getting-a-virus-on-an-airplane-
硅-锗合金，未来的光子芯片？
微电子技术日新月异，但当芯片中元件的尺寸越来越小、密度越来越大，芯片中的电子在导线内传输时的发热就变成了极为棘手的问题，会制约芯片进一步的小型化。不过光子芯片可以很好的解决这个问题。
在光子芯片中，用于传输信息的基元不是电子而是光子。光子没有质量和电荷，在材料中传输时不会遇到阻碍，也就不会发热，从而能够显著降低能量损耗。此外，光子芯片的传输速率比电子芯片快1000倍。
但光子芯片一直停留在概念阶段，一个核心挑战是如何找到合适的发光材料。目前芯片的主要材料是硅，但它发光性质很差，无法用于构筑光子芯片。而砷化镓和磷化铟这样的发光半导体材料价格昂贵，且难以集成到目前的硅基芯片中。因此，制备高效的硅基发光材料就成为了当前光子芯片研究的关键。
一种思路是通过将其他材料掺入硅，从而改变其半导体性质。例如，理论预测，相比起纯硅，六方晶型的硅-锗合金的电子能带结构会发生很大的改变，从而可以发光。但这种特殊结构的硅-锗合金很难合成。
近日，《自然》杂志报道了荷兰埃因霍温科技大学的研究人员在这一问题上的最新进展
[1, 2
]
。研究人员用直径约为35 nm的六方砷化镓纳米棒作为模板，在其上利用气相外延沉积法生长了一层同样为六方晶型的硅-锗合金。通过调节生长过程中所使用的氢化锗
（GeH
4
）
和氢化硅
（Si
2
H
6
）
两种气相原材料的比例，还可以制备不同原子比和不同发光性质的硅-锗合金。这种核壳结构的硅-锗合金非常纯净，发光效率非常高，已经能够匹敌砷化镓和磷化铟的发光性能，因而在光子芯片中有极大的应用价值。
在六面体模板上生长硅-锗纳米线。（a）示意图，（b）扫描电镜照片。|图片来源:[1]
研究人员预测，随着材料的进一步优化，他们将在2020年制备出首个硅基激光器，这将是光子芯片发展中的一个里程碑。但如何将六边形的硅-锗集成到四方形的单晶硅器件中，则是研究人员面临的又一个重大挑战。
[1] Fadaly et al. Direct-bandgap emission from hexagonal Ge and SiGe alloys, Nature, 2020, 580, 205–209
[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/euot-erp040620.php
细胞是否分裂，“上一辈”说了算
细胞何时决定分裂？每个生物学研究者都思考过这个问题。细胞经过一个完整的细胞周期
（包含G1，S，G2，M四个时期）
后一分为二，那么子细胞是否会继续分裂呢？流行至今近40年的经典理论认为，子细胞从母细胞分裂出来后会进入G1期，而G1期存在感知外界情况的“关卡”，即检查点；一旦检查点的“工作人员”
（例如Rb蛋白，Cyclin D蛋白）
评估细胞外信号后认为满足条件，比如生长刺激因子充足，细胞便会一鼓作气完成分裂，否则原地待命。癌细胞的疯狂分裂正是因为检查点失效，“刹车”失灵。
然而，美国科罗拉多大学博尔德分校的Sabrina Spencer团队最近在《科学》杂志发文
[1-3
]
，对上述理论提出了挑战。他们发现，子细胞的分裂命运早在母细胞分裂过程中就已成定局。只要在母细胞分裂过程中用药物阻断细胞外的生长刺激因子，不论是在过程中的何时阻断、持续多久，子细胞的分裂比例都会明显降低；而且，对母细胞的干扰越久，子代细胞分裂比例越低。上一代闹过“饥荒”，下一代便“节衣缩食”——子细胞似乎传承了上一代细胞的记忆，却完全无视自身所处环境里营养是否充足。
这一新发现得益于独特的蛋白荧光标记和单细胞实时成像技术，使得经典问题有了新的答案。同时，对细胞分裂命运的进一步了解还有助于开发新的癌症治疗策略。
[1] https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/01/science.aay8241
[2] https://www.colorado.edu/today/node/37963/
[3] https://coloradocancerblogs.org/growth-factors-cell-cycle/
