自然杂志发表最新论文

编译 | 李言

Nature , 25 February 2021，Volume 590 Issue 7847

《自然》 2021年2月25日，第590卷，7847期

物理

Physics

The asymmetry of antimatter in the proton

质子中反物质的不对称性

作者：J. Dove, B. Kerns, R. E. McClellan, S. Miyasaka, D. H. Morton, et al.

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摘要

质子的基本结构——夸克和胶子——几十年前就已经为人所知。然而，对于这些粒子及其动力学如何产生质子的量子束缚态及其物理性质（如自旋），我们仍然仅有一个不完整的理论和实验理解。

组成质子的两个上夸克和一个下夸克在最简单的情况下只占质子质量的百分之几，而质子质量的大部分以夸克动能和势能以及来自强力的胶子能的形式存在。

这种力的一个基本特征，正如量子色动力学所描述的那样，是它能够在质子内部创造出只存在很短时间的物质-反物质夸克对。它们的短暂存在使质子内的反物质夸克难以研究，但它们的存在可以在物质-反物质夸克对湮灭的反应中辨别出来。

在这幅由强作用力产生的夸克-反夸克的图景中，正反两种反物质夸克存在的概率分布作为动量的函数应该是几乎相同的，因为它们的质量非常相似，与质子的质量相比很小。

在此，我们提供了来自介子对产生测量的证据，这些分布是不同的，在动量的大范围内，下反物质夸克比上反物质夸克多。这些结果有望重新引起人们对质子中反物质不对称性起源的几种机制的兴趣，并指出未来的测量可以区分这些机制。

Angular momentum generation in nuclear fission

核裂变中角动量的产生

作者：J. N. Wilson, D. Thisse, M. Lebois, N. Jovančević, et al.

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摘要

当一个重原子核分裂（裂变）时，所产生的碎片会被观察到在旋转；40多年来，这种现象一直是核物理学界的一个谜。

对于自旋为零或几乎为零的系统来说，在每个碎片中通常产生6或7个单位角动量的内部生成是特别令人困惑的。

在此，我们表明在碎片们的自旋之间没有显著的相关性，这使我们得出结论，裂变中的角动量实际上是在核分裂后产生的。我们提供了全面的数据，表明平均自旋强烈的依赖质量，呈锯齿分布。我们观察到碎片自旋对伴核的质量或电荷没有明显的依赖，证实了自旋机制的不相关的后断裂性质。

为了解释这些观测结果，我们提出核子在裂变系统的断裂颈部的集体运动产生两个独立的力矩，类似于橡皮筋的断裂。根据统计理论，基于角动量状态占据的参数化方法很好地描述了实验数据的全部范围。

Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching

稳态微聚束原理的实验演示

作者：Xiujie Deng, Alexander Chao, Jörg Feikes, Arne Hoehl, et al

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摘要

基于稳态微聚束原理（SSMB），能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射，波长可覆盖从太赫兹到极紫外（EUV）波段。

这是通过利用微聚束使多粒子相干增强电子存储环内辐射在稳态逐轮的基础上实现的。为了揭示SSMB作为未来光子源的潜力，关键在与真实机器上演示其原理。在此，我们报告SSMB原理的实验演示。

我们的研究表明，电子束存储在准等时环中，在波长1064纳米的激光诱导能量调制后，可以产生亚微米的微束和相干辐射。我们的结果证实了电子的光学相位可以在短于激光波长的精度逐圈关联起来。

在此基础上，我们期望通过应用锁相激光器与电子轮流相互作用来实现SSMB。该演示代表了实现基于SSMB原理的高重复、高功率光子源的里程碑。

量子通信

Quantum Communications

Deterministic multi-qubit entanglement in a quantum network

量子网络中的确定性多量子位纠缠

作者：Youpeng Zhong, Hung-Shen Chang, Audrey Bienfait, et al.

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摘要

在大规模量子通信和计算网络中，产生高保真分布式多量子位纠缠是一项具有挑战性的任务。

两个远程量子位元的确定性纠缠最近已经被光子和声子证明。然而，由于有限的状态传输保真度，多量子位纠缠的确定性产生和传输尚未得到证实。

在此，我们报告了一个由两个超导量子节点组成的量子网络，节点由一米长的超导同轴电缆连接，每个节点包含三个相互连接的量子位。通过将电缆直接连接到每个节点的一个量子位上，我们在节点之间传输量子态，过程保真度为0.911 0.008。

我们还在一个节点上制备了一个三比特GHZ态，并将它转移到另一个节点上，转移态的保真度为0.656 0.014。我们进一步利用该系统确定地生成一个全局分布的双节点六比特GHZ态，态保真度为0.722 0.021。

人工智能

Artificial Intelligence

First return, then explore

先返回，再 探索

作者：Adrien Ecoffet, Joost Huizinga, Joel Lehman, Kenneth O. Stanley & Jeff Clune

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摘要

强化学习通过指定高层次的奖励功能来自动解决复杂的顺序决策问题。然而，当简单直观的奖励提供少量且具欺性的反馈时，强化学习算法就会陷入困境。

在此，我们假设有效 探索 的主要障碍来自于算法忘记如何到达之前访问过的状态（分离）和未能在 探索 之前首先返回到原状态（脱轨）。

我们引入了Go-Explore，这是一系列的算法，通过明确“记住”有希望的状态并在有意 探索 前返回这些状态的简单原则，直接解决这两种挑战。

Go-Explore解决了所有之前未解决的Atari 游戏 ，并超越了所有难度 探索 游戏 的技术水平，在《蒙特祖马的复仇》和《陷阱》等 游戏 上做出了数量级的改进。我们也展示了Go-Explore在少奖励的拾取-放置机器人任务中的实际潜力。

此外，我们还发现加入目标条件策略可以进一步提高Go-Explore的 探索 效率，并使其能够处理整个训练过程中的随机性。

材料科学

Material Science

Efficient perovskite solar cells via improved carrier management

增强电荷载流子管理，实现高效钙钛矿太阳能电池

作者：Jason J. Yoo, Gabkyung Seo, Matthew R. Chua, Tae Gwan Park, et al.

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摘要

电荷载流子管理的改进与填充因子和开路电压密切相关，从而为提高PSCs的器件性能并达到其理论效率极限提供了一条途径。在此，我们报告了一种通过增强电荷载流子管理来提高PSCs性能的整体方法。

首先，我们通过调节化学镀液沉积的二氧化锡，得到了一个理想的薄膜覆盖、厚度和组成的电子传递层。

其次，我们将块和接口之间的钝化策略解耦，从而改善性能，同时最小化带隙损失。在正向偏压中，我们的器件表现出高达17.2%的电致发光外量子效率和高达21.6%的电致发光能量转换效率。

作为太阳能电池，它们获得25.2%的经认证的能量转换效率，相当于其带隙热力学极限的80.5%。

相关研究2月14日发表于《自然-通讯》。美国纽约康奈尔大学的Jochen Buck说：“这在男性避孕领域是完全革命性的。临床开发中的大多数男性避孕药只在8至12周后才生效。”康奈尔大学的Melanie Balbach表示，药效大约在24小时后就消失了，意味着服用这种避孕药后能快速恢复生育能力。Buck和Balbach计划改进这种药物，使其在人体试验前能持续更长时间。如果一切顺利，他们希望到2025年开始临床试验。相关新闻我国将进入人口负增长常态化时期近一个时期以来，我国的生育问题广受社会关注。今年1月17日，国家统计局发布数据显示，2022年末我国人口比上年减少85万人，这也意味着，我国将进入人口负增长常态化时期。这一人口发展现实，令如何提升我国社会生育率的相关议题，更见紧迫。在此背景下，有人再次提出将法定结婚年龄降至18岁，以刺激生育，引发了讨论。事实上，早在2019年，全国人大常委会审议民法典婚姻家庭编草案时，就有委员提出这一建议，以此调节婚姻人数下降和老龄化上升趋势。当时这一消息也曾迅速成为热搜。但是，从法律层面看，民法典规定，18周岁以上的自然人为成年人，为完全民事行为能力人，可以独立实施民事法律行为。婚姻权是一项基本民事权利，因此，降低法定婚龄到18岁，其意义主要在还权于民与赋权于民，保障成年人的婚姻家庭权益。在晚婚情况普遍存在、低生育率已成趋势的背景下，降低法定婚龄到18岁这一措施，对于提高生育率是否有明显作用，尚待现实验证。要从战略上关注和促进生育率提升或稳定中国人口学会副会长、中国人民大学副校长杜鹏日前在接受中新社“中国焦点面对面”专访时表示，未来十年，中国人口老龄化将呈加速趋势，而应对“少子老龄化”，要从战略上关注和促进生育率的提升或稳定。国家统计局发布的数据显示，2022年末，中国60岁及以上人口达到2.8亿，占总人口的19.8%，其中65岁及以上人口达到2亿，占总人口的14.9%。与此同时，截至2022年末，全国人口比上年末减少85万人，这是近61年来中国首次人口负增长。当“少子老龄化”成为常态，人口结构的“一减一增”之间，中国应做哪些准备？杜鹏表示，早在2006年，国家层面就已提出积极应对人口老龄化，此后又将应对人口老龄化上升为国家战略，二十大报告将“降低生育、养育、教育成本”“实施积极应对人口老龄化国家战略”等放在推进健康中国建设的部分进行部署。“从实践来看，这些年我们也在不断探索解决‘一老一小’难题，诸如不断完善生育政策，探索普惠托育，促进教育公平等，减轻年轻人在孩子择校、课外辅导等方面的焦虑或抚育成本。”此外，杜鹏认为，养老措施发挥作用与提高生育率也密切相关。“家里的第一个孩子，一般老人会照看，如果第二个孩子还让老人照看，老人就要有8-10年时间全部用来为子女照看孩子，这就提出新挑战：老人是否愿意帮助子女承担抚养责任。”杜鹏表示，跟养老一样，这里会涉及很多社会保障问题，怎么促进老人和子女共同居住，怎么在税收等方面给予年轻人优待，怎么解决老年人的异地医保问题等等，这些方面国家一直在不断完善相关措施。应对“少子老龄化”，国际上不少国家已有探索，中国能从其他国家获得哪些经验？“近年来，我们也在借鉴一些国家鼓励生育的相关措施。但是，总体上来说，我们需要做的，一是战略重视，要从战略上关注和促进生育率的提升或稳定；二是综合施策，不能单从某一方面着力；三是博采众长，不同国家的好经验，要结合自身国情进行取舍借鉴。归根到底，中国还是要走出一条自己的道路。

《自然》（20211021出版）一周论文导读

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