編譯 | 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
質子中反物質的不對稱性
▲ 作者：J. Dove, B. Kerns, R. E. McClellan, S. Miyasaka, D. H. Morton, et al.
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03282-z
▲ 摘要
質子的基本結構——夸克和膠子——幾十年前就已經為人所知。然而，對於這些粒子及其動力學如何產生質子的量子束縛態及其物理性質（如自旋），我們仍然僅有一個不完整的理論和實驗理解。
組成質子的兩個上夸克和一個下夸克在最簡單的情況下只佔質子質量的百分之幾，而質子質量的大部分以夸克動能和勢能以及來自強力的膠子能的形式存在。
這種力的一個基本特徵，正如量子色動力學所描述的那樣，是它能夠在質子內部創造出只存在很短時間的物質-反物質夸克對。它們的短暫存在使質子內的反物質夸克難以研究，但它們的存在可以在物質-反物質夸克對湮滅的反應中辨別出來。
在這幅由強作用力產生的夸克-反夸克的圖景中，正反兩種反物質夸克存在的概率分布作為動量的函數應該是幾乎相同的，因為它們的質量非常相似，與質子的質量相比很小。
在此，我們提供了來自介子對產生測量的證據，這些分布是不同的，在動量的大範圍內，下反物質夸克比上反物質夸克多。這些結果有望重新引起人們對質子中反物質不對稱性起源的幾種機制的興趣，並指出未來的測量可以區分這些機制。
Angular momentum generation in nuclear fission
核裂變中角動量的產生
▲ 作者：J. N. Wilson, D. Thisse, M. Lebois, N. Jovančević, et al.
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03304-w
▲ 摘要
當一個重原子核分裂（裂變）時，所產生的碎片會被觀察到在旋轉；40多年來，這種現象一直是核物理學界的一個謎。
對於自旋為零或幾乎為零的系統來說，在每個碎片中通常產生6或7個單位角動量的內部生成是特別令人困惑的。
在此，我們表明在碎片們的自旋之間沒有顯著的相關性，這使我們得出結論，裂變中的角動量實際上是在核分裂後產生的。我們提供了全面的數據，表明平均自旋強烈的依賴質量，呈鋸齒分布。我們觀察到碎片自旋對伴核的質量或電荷沒有明顯的依賴，證實了自旋機制的不相關的後斷裂性質。
為了解釋這些觀測結果，我們提出核子在裂變系統的斷裂頸部的集體運動產生兩個獨立的力矩，類似於橡皮筋的斷裂。根據統計理論，基於角動量狀態佔據的參數化方法很好地描述了實驗數據的全部範圍。
Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching
穩態微聚束原理的實驗演示
▲ 作者：Xiujie Deng, Alexander Chao, Jörg Feikes, Arne Hoehl, et al
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03203-0
▲ 摘要
基於穩態微聚束原理（SSMB），能獲得高功率、高重頻、窄帶寬的相干輻射，波長可覆蓋從太赫茲到極紫外（EUV）波段。
這是通過利用微聚束使多粒子相干增強電子存儲環內輻射在穩態逐輪的基礎上實現的。為了揭示SSMB作為未來光子源的潛力，關鍵在與真實機器上演示其原理。在此，我們報告SSMB原理的實驗演示。
我們的研究表明，電子束存儲在准等時環中，在波長1064納米的激光誘導能量調製後，可以產生亞微米的微束和相干輻射。我們的結果證實了電子的光學相位可以在短於激光波長的精度逐圈關聯起來。
在此基礎上，我們期望通過應用鎖相激光器與電子輪流相互作用來實現SSMB。該演示代表了實現基於SSMB原理的高重複、高功率光子源的里程碑。
量子通信
Quantum Communications
Deterministic multi-qubit entanglement in a quantum network
量子網路中的確定性多量子位糾纏
▲ 作者：Youpeng Zhong, Hung-Shen Chang, Audrey Bienfait, et al.
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03288-7
▲ 摘要
在大規模量子通信和計算網路中，產生高保真分散式多量子位糾纏是一項具有挑戰性的任務。
兩個遠程量子位元的確定性糾纏最近已經被光子和聲子證明。然而，由於有限的狀態傳輸保真度，多量子位糾纏的確定性產生和傳輸尚未得到證實。
在此，我們報告了一個由兩個超導量子節點組成的量子網路，節點由一米長的超導同軸電纜連接，每個節點包含三個相互連接的量子位。通過將電纜直接連接到每個節點的一個量子位上，我們在節點之間傳輸量子態，過程保真度為0.911±0.008。
我們還在一個節點上製備了一個三比特GHZ態，並將它轉移到另一個節點上，轉移態的保真度為0.656±0.014。我們進一步利用該系統確定地生成一個全局分布的雙節點六比特GHZ態，態保真度為0.722±0.021。
人工智慧
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
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03157-9
▲ 摘要
強化學習通過指定高層次的獎勵功能來自動解決複雜的順序決策問題。然而，當簡單直觀的獎勵提供少量且具欺騙性的反饋時，強化學習演算法就會陷入困境。
在此，我們假設有效探索的主要障礙來自於演算法忘記如何到達之前訪問過的狀態（分離）和未能在探索之前首先返回到原狀態（脫軌）。
我們引入了Go-Explore，這是一系列的演算法，通過明確「記住」有希望的狀態並在有意探索前返回這些狀態的簡單原則，直接解決這兩種挑戰。
Go-Explore解決了所有之前未解決的Atari遊戲，並超越了所有難度探索遊戲的技術水平，在《蒙特祖馬的復仇》和《陷阱》等遊戲上做出了數量級的改進。我們也展示了Go-Explore在少獎勵的拾取-放置機器人任務中的實際潛力。
此外，我們還發現加入目標條件策略可以進一步提高Go-Explore的探索效率，並使其能夠處理整個訓練過程中的隨機性。
材料科學
Material Science
Efficient perovskite solar cells via improved carrier management
增強電荷載流子管理，實現高效鈣鈦礦太陽能電池
▲ 作者：Jason J. Yoo, Gabkyung Seo, Matthew R. Chua, Tae Gwan Park, et al.
▲ 鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03285-w
▲ 摘要
電荷載流子管理的改進與填充因子和開路電壓密切相關，從而為提高PSCs的器件性能並達到其理論效率極限提供了一條途徑。在此，我們報告了一種通過增強電荷載流子管理來提高PSCs性能的整體方法。
首先，我們通過調節化學鍍液沉積的二氧化錫，得到了一個理想的薄膜覆蓋、厚度和組成的電子傳遞層。
其次，我們將塊和介面之間的鈍化策略解耦，從而改善性能，同時最小化帶隙損失。在正向偏壓中，我們的器件表現出高達17.2%的電致發光外量子效率和高達21.6%的電致發光能量轉換效率。
作為太陽能電池，它們獲得25.2%的經認證的能量轉換效率，相當於其帶隙熱力學極限的80.5%。
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