互动科普

物理学

超对称理论有望被证实

能证实超对称性存在的证据，或许已经出现在了世界最强大的粒子对撞机里。

撰文 玛吉· 麦基（Maggie McKee） 翻译 王栋

目前，物理学似乎走进了一条死胡同。循着所谓“标准模型”指引的道路探索前进了数十年后，物理学家终于在2012年成功到达终点：该模型中最后一个未曾发现的粒子——希格斯玻色子终于现身。虽然，标准模型可以对已知粒子的行为进行完美的描述，但它仍无法解释包括暗物质在内的一些现象。所以，许多物理学家都将目光投向了“超对称”（supersymmetry，简称SUSY）理论，希望能从中获得一些线索。

超对称理论指出，每一种已知粒子都有一个质量更大的“同伴”（即超对称伴子），这就可以解释暗物质的存在。此外，对于作为其他粒子质量之源的希格斯玻色子本身为什么具有特定质量，该理论的某些版本也能给出答案。

不过，利用世界上最强大的粒子对撞机——欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），科学家对超对称伴子进行了仔细搜寻，不过到目前为止还一无所获，这给超对称性的存在蒙上了一层阴影。“不少人都感到悲观，”美国石溪大学的戴维·柯廷（David Curtin）说。

最近，有两组研究人员同时提出：是否存在一种可能，超对称伴子确实存在，只是物理学家没能发现它们存在的痕迹。如果超对称伴子不是以一种明显的方式暴露自己，而是恰好具有合适的质量，能够衰变成能量一般的普通粒子，或其他不易觉察到的粒子，那这种可能性就是存在的。这样的话，即便某些超对称伴子确实留下了痕迹，也会淹没在混杂的普通粒子中。“超对称性的信号或许就藏在我们眼皮底下，”柯廷说，他本人就是其中一个研究组的成员。

如果真是这样，就能解释LHC在这次停机升级之前，曾于2011和2012年发现的两种粒子的少许过量现象了。在今年6月独立发表于预印本网站的两篇论文中，两个研究组都认为，普通顶夸克的超对称伴子（被称为“顶超对称夸克”），以及其他两种超对称伴子，不仅能够解释LHC的观测结果，它们具有的质量分数也与由希格斯玻色子的特定质量推算出的数值正好吻合。

不过，其他研究人员对此持不同意见，他们认为对标准模型反应过程产生粒子数量的低估，也至少能解释部分超量现象。“现在就说上述测量结果可能预示着新的物理理论还为时过早，”戴夫·查尔顿（Dave Charlton）评论说，他是观测到这种少许过量现象的一个LHC研究组的成员。

这一争论可能在2015年得到解决。到那时，运行能量得到提升的LHC会“满血复活”，重新运转。“我们非常期待发现超对称性的证据，”美国华盛顿大学的理论物理学家安·尼尔森（Ann Nelson，未参与此项研究）说。“但是现在，我仍然持谨慎态度，”她补充道，“最初发现的微弱迹象，往往都是显著现象的“冰山一角”。

生态保护

深海拖网捕鱼破坏环境

深海拖网捕鱼不仅危害生物多样性，还会影响海洋的碳贮存能力。

撰文 卢卡斯 · 劳尔森（Lucas Laursen） 翻译 高瑞雪

从中世纪开始，就有渔船拖着渔网横扫海底，捕捉底栖鱼类和甲壳动物。近几十年来，拿着政府津贴的捕鱼船队装上了发动机，渔网变得更大，下到的海底更深，走得也越来越远。据报道，2010年公海年度捕鱼量的价值超过6亿美元。

为弄清楚拖网捕鱼对海底的影响，意大利马尔凯理工大学的生态学家安东尼奥·普谢杜（Antonio Pusceddu）及其研究团队在西班牙东北部海域进行了研究。他们在原生态海域和拖网捕鱼船光顾过的地方，分别采集了深度为500到2 000米不等的海底沉积样品，然后统计样品中的生物个体和物种数量，测量了沉积物中的含碳量。

统计结果显示，拖网捕鱼造成的后果相当严峻。与拖网捕鱼船还未光顾过的地方相比，拖网扫荡使得生物多样性下降了50%，有机质降低了52%，同时还使碳循环速度降低了37%。碳不是像以往那样乖乖沉入海底，而是可能造成海水酸化或是进入大气。该研究成果发表在今年6月的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

普谢杜说，尽管从以前的水下探险图片看，海底似乎是一片荒芜，只有白色的粉尘飘落到沙质的海底，但是，深海并不是荒漠。即使有些地方没有壮丽的珊瑚或陡峭的海山，海底依然会存在微小但很重要的生命形态。这其中有些是虾类的食物（在普谢杜研究的地区，虾是拖网渔船的主要目标），有些可以消耗碳、捕获碳，让碳沉积到海底。

根据《英国皇家学会会报B辑》（Proceedings of the Royal Society B）在今年6月发表的一项研究成果，单单不列颠群岛周围的底栖鱼类每年捕获的碳量，就相当于100万吨的二氧化碳。论文作者还写道，如果没有遭到破坏，这类生物作用完全可以成为抵消世界各国碳排放的一大助力。

海底环境亟需关注——装备越来越先进的拖网渔船正在扫荡远海，油井钻得越来越深，巴布亚新几内亚刚刚签署了第一份海底商业化采矿协议。此外，还有研究发现，深海生物的生命周期比较长，一旦遭到海底拖网破坏，恢复起来非常慢。欧盟可能会率先采取行动：欧洲议会正在复审一项限制深海拖网捕鱼范围的草案。美国西雅图海洋保护研究所的首席科学家埃利奥特·诺斯（Elliott Norse）说，近期的研究发现让决策者认识到，“是时候采取必要措施，减少渔业对环境的破坏了。”

认知科学

松鸦有元认知力？

有证据显示，人类并不是唯一一种会自省的动物。

撰文 贾森·G·戈德曼（Jason G. Goldman）

翻译 高瑞雪

当你想不出问题的答案，比如说玩填字游戏“卡壳”时，你会认识到自己的不足，然后寻找相应的策略来弥补。这种对认知活动的自我意识和自我调节的能力，即对认知的认知，就是元认知（metacognition）。

很难说其他动物是不是也具有元认知的能力，因为动物不会说话，没法回答我们的问题。而且，元认知是个复杂的过程，在对灵长类和鸟类进行的研究中，研究人员对动物行为的解读，可能会过于简单化。

不过，科学家发现，西丛鸦（western scrub jay）之类的动物可以像人类一样规划未来。西丛鸦是一种美国西北部土生土长的鸟类，深受认知学家的喜爱，因为它们有时间观念。根据英国剑桥大学心理学家渡边有井（Arii Watanabe）的说法，西丛鸦可以记住过去发生的事，还因善于储藏食物，避免将来忍饥挨饿而广为人知。但问题依然存在——西丛鸦知道自己在做计划吗？

渡边设计出了一个测试方法。他让5只西丛鸦看着两名研究人员把食物藏起来，试验中用到的食物是蜡螟幼虫。第一个研究人员面前一字排开4个杯子，他可以把食物放到任何一个杯子里。第二个研究人员面前的4个杯子中3个盖着盖子，所以他只能把食物放在没有盖子的那一个杯子里。两名研究人员会同时放食物，所以围观的鸟儿必须选择，要盯住哪一个研究人员。

渡边推测，如果西丛鸦有元认知能力，它们就应该意识到，第二个研究人员放的食物，可以轻而易举地找到——蜡螟幼虫肯定在唯一敞口的杯子里。所以，它们应该盯紧第一个研究人员，看清楚食物到了4个敞口杯子中的哪一个。而事实也正是如此：西丛鸦看向第一个研究人员的时间更多。该成果发表在了7月的《动物认知》（Animal Cognition）杂志上。

德国哥廷根大学的鸦类专家弗雷德里克·希利曼（Friederike Hillemann）认为，这个试验是检验动物是否有推断自身认知状态能力的一种简单有效的方法。尽管实验并没有直接测试意识，但其结果仍然振奋人心，因为它进一步证明了，人类并不是唯一有能力“对思考过程进行思考”的物种。或者，就像渡边所说：“有些鸟类也会像人类一样，为了备考而学习。”

材料科学

超级纤维

保护太空船

撰文 安妮 · 斯尼德（Annie Sneed） 翻译 王栋

“凯夫拉”（Kevlar）材料能轻易抵挡住速度为每秒数百米的子弹。但是，对于在外层空间中以每秒数千米的速度飞驰的太空碎片来说，这种超级坚韧的合成纤维还是不堪一击。今年6月，为了测试这种纤维的表现，德国夫琅和费高速动力研究所（Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics）的工程师们进行了一次太空垃圾撞击模拟试验。因为有被微小的陨石和其他太空漂流物击中的潜在风险，为国际空间站运送补给的太空船都装备有护盾——由铝质覆板包裹着的一层“凯夫拉”纤维和“内克斯特尔”（Nextel）陶瓷纤维材料制成。在模拟撞击实验中，工程师们用一支特殊的枪，发射了一颗直径为7.5毫米的铝弹，击中了一块试验护盾。这颗飞行速度约为7千米/秒的铝弹击穿了凯夫拉－内克斯特尔纤维，造成了一个拳头大小的洞。即便受到了如此损伤，护盾仍然起到了作用——它消散了子弹的能量，从而保护了内部舱面。

化学

更安全的太阳能电池镀层

更换太阳能电池中的一种关键原料，可以让它们变得更安全、更经济。

撰文 约瑟夫 · 本宁顿－卡斯特罗（Joseph Bennington-Castro） 翻译 王栋

从化学上来说，氯化镉属于盐类，是一种危险的化学品。如果沾到皮肤，它就会释放出镉，引发癌症以及肺部和心血管疾病。然而很长一段时间以来，这种危险又昂贵的化合物一直被用作薄膜太阳能电池上的镀层，以提高光能转化效率。所以，为了生产这种镀层，化学家不得不穿着防护服在通风厨中操作，还要采取其他一些防护措施，最后还得小心谨慎的处理那些含镉的废液。

英国利物浦大学的物理学家乔恩·梅杰（Jon Major）和他的研究组正在寻找可以替代氯化镉的化学物质。他们测试了许多种氯化物，包括氯化钠（食用盐）和氯化钾。最终发现，氯化镁可以产生与氯化镉相近的光能转化效率。“我们用氯化镁制成的太阳能电池板，至少不比以前用氯化镉制成的差，”梅杰介绍说。

此外，氯化镁无毒，储量也十分丰富，生产成本只有氯化镉的1/300。以氯化镁为原料，甚至用网上购买的廉价喷涂设备就能进行镀层。这个研究组将研究成果发表在了今年6月的《自然》网络版上。

这种新原料被用于由碲化镉制成的太阳能电池上，它是占据全球市场份额第二位的太阳能电池类型。不过，一些专家仍然怀疑，用氯化镁替换氧化镉到底能不能大幅降低生产成本，因为不同的太阳能电池生产厂家，其主要成本的支出并不一样。意大利帕尔马大学的物理学家阿莱西奥·波西奥（Alessio Bosio）估计，成本的降低将会“很有限”，大约只有15%。不过，瑞士联邦材料科学和技术研究所（EMPA）的物理学家朱利安·佩勒努（Julian Perrenoud）却对氯化镁的前景表示乐观。他说，使用氯化镁“不仅能降低健康风险，还可以减少生产成本。因为其原料更便宜，生产过程中产生的废料也更易于处理”。

天文学

计算机模型揭密“创生之柱”

“创生之柱”自身的诞生故事，让天文学家改变了对O型恒星的看法。

撰文  克拉拉 · 莫斯科维茨（Clara Moskowitz）  翻译 王栋

还记得“创生之柱”（Pillars of Creation）吗？自从1995年哈勃望远镜拍摄到了这幅壮观的照片以来，它就常常出现在海报、T恤和屏保上。虽然似乎人人都熟悉这些柱子，但是关于它们是如何形成的，科学家却一直都不怎么清楚。最近的一项计算机模拟研究，或许最终解开了这个谜团。利用气体流的物理原理，英国卡迪夫大学的天文学家斯科特·巴尔弗（Scott Balfour）和同事，几乎丝毫不差的“重建”了这些著名的柱状结构。

位于银河系天鹰星云中的这三根气体柱状结构，被科学家称为“恒星制造厂”。而这些气体柱本身又是附近一颗巨大的O型恒星的产物，后者产生的高能恒星风将气体“吹”成了这个形状。O型恒星是宇宙中最大、最炽热的恒星，虽然它们的寿命很短，却对自身周围的“环境”有着巨大的破坏力。它们的强烈辐射会加热周围的气体，形成扩张的气泡结构。此外，一项时间跨度为160万年的计算机模拟显示，随着气泡结构由于膨胀而造成边缘破裂，具备“创造之柱”所有特征的气体柱，会自然而然地沿着这类结构的外缘形成。

在英国皇家天文学会于今年6月举办的天文学大会上，巴尔弗公布了这一模拟结果。该模拟还显示，O型恒星对新恒星的诞生有出人意料的影响。先前的研究认为，是O型恒星触发了其周围那些新恒星的诞生。然而，这项模拟显示，O型恒星四周的气泡状结构，常常会破坏孕育恒星的物质云团。而对那些“幸存”下来的恒星，O型恒星又会挤压其周围的气体，从而促进新恒星更快的诞生，导致这些“早产”的恒星比本应具有的体积要小。“这让我们十分吃惊，”巴尔弗说。由德国慕尼黑大学天文台的天文学家詹姆斯·爱德华·戴尔（James Edward Dale）进行的另一项模拟，同样对O型恒星是否会触发新恒星的诞生提出了质疑。戴尔说，“我发现，与破坏作用相比，（O型恒星的）触发效果要弱很多。看起来，巴尔弗的模拟也证实了这一点。”毁灭和创造从来就是密不可分的，这果然是放之全宇宙皆准的真理。

环境保护

蝙蝠们，离风轮机远点！

如何才能让蝙蝠远离风轮机呢？请看以下三种策略。

撰文 罗杰 · 德劳因（Roger Drouin） 翻译 黄安娜

风轮机是臭名昭著的“鸟类杀手”，但很多人不知道的是，它们也会对蝙蝠造成致命伤害。仅2012年，因风轮机而死亡的蝙蝠就高达888 000只，远高于鸟类57 300只的死亡数。

某些蝙蝠如灰红蝠（hoary bat）会进行迁徙，它们会从加拿大北部迁徙至遥远的阿根廷和智利，因为途中要经过许多风电场,它们一路上可谓伤亡惨重。然而，研究人员在风轮机下也发现了许多洞穴蛰伏型蝙蝠的尸体，如小型棕蝙蝠（little brown bat）、北方长耳鼠耳蝠（northern long-eared myotis）。这两种蝙蝠曾遭受过白鼻综合征（white nose syndrome，一种由真菌引起的疾病）的折磨，几近灭亡，环保部门正考虑将它们列入濒危保护动物名单。由于白鼻综合征的肆虐、日益高涨的民众呼声和野生动物保护局的监管压力，风电公司不得不出台相应措施，以减少蝙蝠的死亡率。以下是三种方法：