高强度飞秒激光脉冲烧蚀固体靶材的超快动力学过程的研究

本文报道了利用超快时间分辨阴影图方法对飞秒激光脉冲烧蚀金属铝的动态物理过程的研究。实验发现在50fs泵浦脉冲轰击靶表面后存在热与非热的烧蚀机制,证明在40J/cm^2激光流量下超快激光烧蚀过程是一个涉及到多种不同物理和力学作用的复杂过程。在1—1.5ns延迟的阴影图中清晰地看到被烧蚀物质即将发生相位爆炸时产生的衍射条纹,在4ns和9ns延迟的阴影图中观察到喷射物内部存在由于极强热弹力波的出现而引起的间歇性物质喷射。在硅和玻璃的烧蚀实验中也观察到了类似的物理过程。但对于玻璃样品,没有观察到间歇性物质喷射现象。     

量热学法测量电子能量实验

作者根据1964年贝托齐实验利用束流强1．26A能量6Mev、8Mev、10Mev、12Mev、15Mev高速电子轰击铅靶,用量热学法直接测定电子能量,从而直接证明电子的质量与电子运动速度的关系。     

基于实验思想的技术与战法协同演进研究——以我国抗击高空侦察机U-2为案例

采用案例研究方法,以上世纪50年代末至70年代初我国抗击高空侦察机历程为对象,从实验的角度,聚焦军事能力生成与释放的关键要素,剖析技术与战法的协同进化及作战能力螺旋式上升的辩证过程。表明:军事技术不能自动带来"红利",需集成至整个作战体系并融合于战法之中方能发挥其应有的效力;这实际上是技术、战法和作战能力的协同进化过程,而要完成这个过程,实验在其中发挥着关键的"工具"性价值和基础性作用。本项研究有助于深化关于工程实验的哲学研究。     

高温高压高密度物质的压缩性质、不透明度和输运系数研究

高温高压高密度物质状态是天体演化和核武器动作过程等必然经历的极端状态。高温高压高密度物质的压缩性质、不透明度和输运性质研究是理解高能量密度物理现象和动力学演化规律的基础,对国家重大应用研究具有不可或缺的支撑作用。高温高压高密度物质状态具有强耦合、强非线性和多时空尺度等特征,亟待理论和实验研究的创新。为解决上述问题,本项目将依托神光系列激光装置,将高温高压高密度物质性质研究分解为两个关键科学问题:(1)高温高压高密度条件下中低Z物质微观结构和运动形态的表征;(2)含高温高密度环境效应的复杂离子结构物理建模,采取"理论与实验结合、基础与应用结合"的方式开展研究。基于理论研究对实验的需求,发展新的实验方法与诊断技术,实验上将突破4项关键技术问题,同时通过设计针对性的物理实验,获得精密的实验结果,改进、发展并检验相关理论和物理模型,提升对物理规律的认识,并将研究成果及时转移到应用研究中。     

雷电发生会出现热核反应

莫斯科大学核物理研究所中子研 究实验室主任库热夫斯基教授通过理 论计算和实验观察发现,雷电过程是 一个热核反应的过程,因此伴随着大 量中子的产生。有关专家指出,这一基 础科研成果对天体的研究具有重要意 义。     

电子动态调控超快激光微纳制造

超快激光是指脉宽短于10 ps的激光,在制造过程中其作用时间、功率密度等趋于极端,具有超强(也就是非线性)、超快(也就是非平衡态)的独特优势。本研究提出了电子动态调控的核心思想。电子动态决定了材料的所有特性,包括它的光学、热力学、磁学、化学、电学特性等。超快激光的加工决定于光子与电子相互作用过程。超快激光脉冲可以激发、电离电子,从而改变辐照过程中的局部瞬时电子动态。在超快激光辐照过程中,电子密度的变化可以达到几个甚至上十个数量级,如此巨大的电子密度的变化使材料的瞬时局部特性也发生了巨大的变化。在超快激光辐照非金属过程中,辐照区域的非金属可呈很强的金属态,它的反射率从原来的接近于零变成了零点九几。这样强烈的材料瞬时局部特性的变化对激光光场进行了显著重整:激光在达到自由电子临界密度之前是高斯分布;当自由电子密度达到临界密度之后,多数光都被反射了。所以,我们通过设计激光光场时空分布以调节光子与电子的相互作用过程。当我们将一个超快激光脉冲分成两束来调节子脉冲间的延迟,就可以调节电子电离过程,从而改变瞬时局部状态。此时仅仅调节一个简单的参数——子脉冲间的延迟,就可以使自由电子的密度分布产生巨大变化。在不同延迟下,峰值自由电子密度变化非常的剧烈。相应的,在不同延迟下材料的瞬时局部特性变化也非常大。同样的,通过调整延迟,激光能量的吸收情况分布变化也非常大。所以,通过改变脉冲延迟,可使自由电子密度、材料的瞬时局部特性、激光透射能量分布等产生巨大变化。通过超快脉冲时空整形,调控电子-电子相互作用过程,进而局部调控电子瞬时状态(密度温度激发态分布等),从而调控材料瞬时局部特性,进而调控材料相变过程,实现全新的目标制造方法。我们建立了超快激光与材料相互作用的多尺度量子理论模型,提出了电子动态调控超快激光微纳制造新方法,通过设计超快激光能量时域及空域分布,调控加工过程中的能量吸收、传递及材料相变过程,进而提高加工质量、精度。此外,搭建了多时间尺度电子动态实时观测系统,观测超快激光微纳加工过程中的材料瞬时局部折射率、等离子体强度等,优化加工参数,实现了对局部瞬时电子动态的主动调控,并应用于国家重大需求关键核心构件的加工工艺中,开启了电子层面调控的新机理和新方法研究。     

美科学家研发高强精度X射线

美国能源部斯坦福直线加速器中心(以下简称SLAC)国家加速器实验室的科学家们借助于一个细长条钻石,将直线加速器连贯光源(以下简称LCLS)改造成一个精确度更高的工具,可用于探索纳米世界。经过这种改进,激光脉冲能够聚焦成非常狭窄的X射线波长,实现更高的强度,让此前不可能进行的一些实验成为可能。在一个被称之为"自注入"的过程中,钻石将激光束过滤成单一的X射线波长后进行放大。这种升级相当于     

泛素介导的蛋白质降解

蛋白质是细胞内极其重要的生物大分子。细胞的许多重要功能,包括酶和激素的功能、运动、运输、免疫反应等都是通过蛋白质来实现的。正是由于其重要性,所以长期以来蛋白质一直是生物化学研究的一个极重要的领域。人们关注蛋白质在细胞内是如何合成的,到目前为止,至少已有5个诺贝尔奖授予了这一领域的研究者。但对于相反的过程,即蛋白质在细胞内是如何降解的,很长一段时期中很少有人关注。而以色列科学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉姆·赫什科(Avram Hershko)和美国科学家欧文·罗斯(Irwin Rose)正是在这方面作出了突破性的贡献,发现了泛素介导的蛋白质降解机制,因而共同获得了2004年诺贝尔化学奖。一、泛素：蛋白质降解的标记者实验证明,标记被降解蛋白质的分子是一个由76个氨基酸残基组成的多肽,最早于1975年从小牛组织中分离得到。因为随后发现在所有真核生物的不同组织中都有它的存在,所以将其称之为泛素(ubiquitin,源于拉丁字ubique,意指到处存在的)。二、ATP：细胞内蛋白质降解的供能者一般而言,生物体内的合成代谢需要提供能量,而分解代谢则释放能量。所以很长一段时期内,人们普遍认为,体内蛋白质的降解是不需要提供能量的。一些蛋白水解酶发挥功能时就是这样,如胰蛋白酶在小肠内将食物中的蛋白质降解成氨基酸。类似地,在溶酶体中对从其外部进入的蛋白质的降解也不需要能量。然而,早在上世纪50年代的实验就已表明,细胞内蛋白质的降解确实需要能量。这个看似自相矛盾的现象,即细胞内蛋白质的降解需要能量而细胞外蛋白质降解不需要附加能量,长期以来使研究者感到迷惑。切哈诺沃、赫什科和罗斯于上世纪70年代后期和80年代早期使用网织红细胞的无细胞系统进行了一系列重要的研究,成功地证明细胞内蛋白质的降解需要以多步骤的反应导致泛素标记被降解的蛋白质。这个过程使细胞以高度的特异性降解不需要的蛋白质,而正是这种精确的调节需要ATP(adenosine triphosphate,腺苷三磷酸)提供能量。三、机制：死亡之吻切哈诺沃和赫什科在1977年开始使用网织红细胞抽提物进行依赖于能量的蛋白质降解研究,发现这种抽提物可以被分为两个组分。两个组分单独存在时都不具有活性,但当两者重新组合时,就启动了依赖ATP的蛋白质降解。1978年,他们报道了其中1个组分的活性成分是一种分子量约为9 000的热稳定的多肽APF-1 (active principle in fraction 1),即后来证明的泛素,并证明APF-1能与各种蛋白质以共价键结合。1980年他们和罗斯共同报道APF-1 可以多个分子同时结合于同一蛋白质,这一现象被称为多泛素化。目前已知,蛋白质的多泛素化是一种控制信号,其导致被标记蛋白质在蛋白酶体中的降解。正是多泛素化的反应对被降解的蛋白质进行了标记,所以将其戏称为“死亡之吻”(kiss of death)。因为泛素在真核生物中普遍存在,所以研究者很快明白泛素介导的蛋白质降解在真核细胞中具有普遍的意义,而且也猜测到ATP形式的能量需要可能对细胞控制降解过程的特异性具有意义。因而进一步的研究就是要鉴定使泛素结合于其靶蛋白的酶系统。在1981年到1983年之间,切哈诺沃、赫什科和罗斯在细胞中发现了3种新的酶——泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3,提出了“多步骤泛素标记假说”(见图1)。至今的研究表明,一个典型的哺乳动物细胞含有1个或少数几个不同的E1酶、几十个E2酶和几百个E3酶。细胞能使用泛素系统降解有缺陷或不再需要的蛋白质。实际上,细胞中多至30%新合成的蛋白质因为不能通过细胞严格的质量控制,而由泛素标记转运到蛋白酶体被降解。 步骤①：E1酶催化的依赖ATP供能的泛素(UB)活化; 步骤②：泛素分子转移到E2酶; 步骤③：E3酶识别要降解的靶蛋白(TARGET),E2酶-泛素复合物与靶蛋白结合并使泛素分子标记从E2酶转移到靶蛋白; 步骤④：E3酶释出泛素标记的蛋白质; 步骤⑤：重复步骤④,使靶蛋白与多个泛素结合,即所谓的靶蛋白的多泛素化; 步骤⑥：蛋白酶体识别多泛素化的靶蛋白,泛素分子脱落而靶蛋白进入蛋白酶体被降解为小肽。四、蛋白酶体：蛋白质降解的执行者很多蛋白酶体,如人的一个细胞含有大约30 000个蛋白酶体。蛋白酶体是呈桶型结构的多亚基蛋白酶复合体,它能将蛋白质降解成7～9个氨基酸残基组成的小肽。蛋白酶体的活性表面在桶内而与细胞的其余部分相隔离,进入活性表面的惟一关卡能识别多泛素化标记的蛋白质,在移去泛素标记的同时接纳它们进入蛋白酶体而进行降解,形成的小肽从蛋白酶体的另一端释出。蛋白酶体本身不能选择被降解的蛋白质,是E3酶的特异性决定了细胞中哪个蛋白质要被标记而送到蛋白酶体进行降解。五、泛素系统：多种细胞功能的调节者泛素介导的蛋白质降解系统涉及细胞的多种重要生理功能,参与对细胞周期、DNA复制和染色体结构等的调控。这种系统的缺陷能导致各种疾病,包括一些癌症。1.细胞周期细胞周期是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个细胞所经历的全过程,细胞周期的调控对生物的生存、繁殖、发育和遗传具有十分重要的意义。在细胞周期调控中,细胞周期蛋白是一个关键蛋白质。泛素连接酶E3作为“细胞分裂后期促进复合物”的主要组分,通过对细胞周期蛋白N末端进行标记使其降解,而在控制细胞周期上发挥重要的作用。该复合物在细胞有丝分裂和减数分裂期间染色体分离中也具有关键的作用。减数分裂或有丝分裂中染色体的错误分离会导致细胞染色体数的改变,而这正是怀孕后自然流产的主要原因。一个额外的21号染色体的形成则导致唐氏综合征。因为在有丝分裂中重复地进行染色体的错误分离,许多恶性肿瘤细胞也会具有数目改变了的染色体。泛素调节系统的其他酶也参与细胞周期的调节,如调节酵母细胞周期的细胞因子Cdc34实际上就是一种泛素结合酶E2。2.DNA修复DNA修复是生物为保持其复制精确性而具有的一种特殊功能。p53蛋白作为重要的转录因子,通过调节DNA修复相关基因的表达而实现对DNA修复的调控。p53蛋白在细胞内的降解也是通过特定的E3酶标记的。正常细胞中p53蛋白不断地合成,又不断地降解,在细胞中含量低。但在DNA受损后,触发了p53蛋白的磷酸化而不再与E3酶结合,使其在细胞中含量很快增加,造成细胞周期的停顿并促使对损伤DNA进行修复。但是如果DNA损伤程度太广,则不再进行修复而触发细胞程序性死亡。p53蛋白对肿瘤具有抑制作用,被称为“基因组的卫士”。但病毒可以通过特定的蛋白质活化相关的E3酶对p53蛋白进行泛素化而将其降解,其结果是病毒感染的细胞不能再对DNA损伤进行修复,也不触发细胞程序性死亡,造成DNA突变大量增加而导致癌症。3.免疫和炎症反应转录因子NF-κB可以调节细胞的许多对免疫和炎症反应重要的基因。正常情况下,细胞中的NF-κB与其抑制蛋白结合形成没有活性的复合物。但是当细胞暴露于感染的细菌或某种信号物质时,抑制蛋白的磷酸化导致其泛素化而在蛋白酶体内降解。释出的活性NF-κB被转运到细胞核,在那儿结合并激活特定基因表达而发挥其在免疫和炎症反应中的功能。4.囊性纤维化遗传病囊性纤维化是由细胞膜上称之为囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(CFTR)的氯离子通道功能性地缺失所引起。这种缺失是由于囊性纤维化病人细胞中合成的CFTR蛋白缺失苯丙氨酸,不能进行正确的折叠而被转运,而是通过泛素介导的蛋白质降解系统降解。没有功能性氯离子通道的细胞不能通过其细胞膜转运氯离子而导致病变。泛素介导的蛋白质降解系统与细胞功能关系的了解也促使了其在药物研究上的应用。可以针对泛素介导降解系统的组分设计药物以防止特定蛋白质的降解,也可设计药物激发该系统去摧毁不想要的蛋白质。一种称为Velcade的蛋白酶体抑制物已被用于多发性骨髓瘤作为临床试验药物。科学上的每一个重大发现,都会使人类在从必然到自然的进程中迈出一大步。泛素介导的蛋白质降解系统的发现使人们有可能在分子水平上了解细胞如何控制许多非常重要的生物化学过程。我们可以期待,随着研究的不断深入,必定会有更多的细胞过程发现与这一系统密切相关。 *明镇寰教授为生物化学与分子生物学名词审定委员会委员。     

夸克、色相互作用和渐近自由

物质微观世界是由粒子所构成,粒子物理在上一世纪60年代以来取得的重大进展是建立了粒子物理的标准模型.目前为止,它被几乎所有的精确的加速器实验结果所支持.标准模型概括了物质世界是由61种或62种微小的粒子构成,它们之间的原始相互作用有4种.观察到的物体都是由原子核和电子组成的各种原子构成,原子核又是由质子和中子组成.电子就是一个带负电的粒子,质子和中子属于"强子",都是由多个现在称为"夸克"(quark)的粒子组成的复合体.夸克和反夸克是构成物质的最小组元,但是单个的夸克或反夸克不能独立地自由存在,他们都是以构成强子的组成粒子的形式存在.所有的物质粒子之间都有"引力相互作用",各种粒子分别还可以参与"电磁相互作用"、"弱相互作用"、"强相互作用".     

思想实验、论证及形式整编

当代哲学对思想实验提出一系列重要且困难的问题,比如认识力问题和规范力问题.另一方面,通过揭示思想实验的论证结构,从逻辑上给出对思想实验的证成,消除相关的神秘主义和怀疑主义倾向,往往被看作理性主义广泛目标的一部分.以此为背景,论文就以下三个相关问题展开讨论:第一,思想实验与论证之间有怎样的关联;第二,怎样借助这种关联对思...     

Selection of a Representative Sample

Sometimes a larger dataset needs to be reduced to just a few points, and it is desirable that these points be representative of the whole dataset. If the future uses of these points are not fully specified in advance, standard decision-theoretic approaches will not work. We present here methodology for choosing a small representative sample based on a mixture modeling approach.     

自然辩证法:从恩格斯的一本书到马克思主义中国化的一门学科

从恩格斯的《自然辩证法》一书的出版、传播和研究,到1956年新中国第一个科学技术发展远景规划把自然辩证法定位为"哲学和自然科学之间"的一门科学,便成为一门学科在建设和发展中。今天,自然辩证法在中国已成为马克思主义学说的一个组成部分和马克思主义中国化的一门学科。     

Estimating the Cluster Tree of a Density by Analyzing the Minimal Spanning Tree of a Sample

runt pruning , a new clustering method that attempts to find modes of a density by analyzing the minimal spanning tree of a sample. The method exploits the connection between the minimal spanning tree and nearest neighbor density (e.g. normal mixture) or about the geometric shapes of the clusters, and is computationally feasible for large data sets.     

Outline of a Theory of Scientific Aesthetics

I offer a theory of art that is based on science. I maintain that, as any other human activity, art can be studied with the tools of science. This does not mean that art is scientific, but aesthetics, the theory of art, can be formulated in accord with our scientific knowledge. I present elucidations of the concepts of aesthetic experience, art, work of art, artistic movement, and I discuss the ontological status of artworks from the point of view of scientific philosophy.     

一个快速进化的microRNA家族

microRNAs(miRNAs)是长约22nt的非编码RNA,它可通过降解mRNA或抑制其翻译来调控基因。本文简要介绍了miRNAs的研究背景,阐述了通过比较近缘物种中非保守的miRNA基因来研究miRNAs分子进化的理由。我们的研究结果证实miRNA基因会受到达尔文正选择的影响,发生快速的进化。这一结果将为我们了解非蛋白编码基因的功能与进化提供崭新的视角。     

Towards a Theory of Mathematical Argument

In this paper, I assume, perhaps controversially, that translation into a language of formal logic is not the method by which mathematicians assess mathematical reasoning. Instead, I argue that the actual practice of analyzing, evaluating and critiquing mathematical reasoning resembles, and perhaps equates with, the practice of informal logic or argumentation theory. It doesn’t matter whether the reasoning is a full-fledged mathematical proof or merely some non-deductive mathematical justification: in either case, the methodology of assessment overlaps to a large extent with argument assessment in non-mathematical contexts. I demonstrate this claim by considering the assessment of axiomatic or deductive proofs, probabilistic evidence, computer-aided proofs, and the acceptance of axioms. I also consider Jody Azzouni’s ‘derivation indicator’ view of proofs because it places derivations—which may be thought to invoke formal logic—at the center of mathematical justificatory practice. However, when the notion of ‘derivation’ at work in Azzouni’s view is clarified, it is seen to accord with, rather than to count against, the informal logical view I support. Finally, I pose several open questions for the development of a theory of mathematical argument.     

On a General Transformation Making a Dissimilarity Matrix Euclidean

When a dissimilarity matrix cannot be represented in a Euclidean space, it is possible to make it Euclidean by means of suitable transformations of the original dissimilarity values. In this paper we discuss some interesting properties of a class of transformations based on adding a specific squared Euclidean distance to the initial dissimilarity. An erratum to this article is available at .     

The Factorial Minimum Spanning Tree as a Reference for a Synthetic Index of Complex Phenomena

This paper is aimed at combining both the properties of factorial subspaces and those of the Minimum Spanning Tree Algorithm (MST) to obtain a reference structure (the Maximum Path) in which the statistical units are in reduced subordering. The coordinates (factor scores) of the statistical units in a multi-factorial subspace through Principal Component Analysis are the basis for the Minimum Spanning Tree. In the MST, we single out a path of maximum length. On the Maximum Path each graduation obtained for the unit can be used as a Synthetic Index of the phenomenon analyzed. Two distinct strategies lead to the choice of the subspace in which we have the best representation of the units in the Maximum Path. The validity of the method is confirmed by results achieved in various applications to real data.