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2025 年物理荣誉项目
大挑战项目 光帆动力学和多普勒阻尼 指导老师：Boris Kuhlmey 联合指导老师：Martijn de Sterke 电子邮件联系方式：boris.kuhlmey@sydney.edu.au 半人马座阿尔法星系统是距离太阳最近的恒星系统。由于它距离我们超过 4 光年，使用现有技术需要花费数千年才能到达那里。突破摄星计划是一个令人兴奋且雄心勃勃的项目，旨在缩短这个漫长的时间框架。该计划是使用 100 GW 地球激光将表面积为 10 平方米、质量为 1 克（包括有效载荷）的帆加速到光速的 20%。以这个速度，大约需要 25 年才能到达半人马座阿尔法星系统并将信号发回地球。要使这个目标成为现实，必须克服许多实际和概念上的挑战。其中一个挑战就是帆的稳定性。激光束从来都不是完美的，因此激光加速帆不可避免地会导致侧向运动和扭矩，从而导致帆偏离。必须通过自我校正的帆设计来克服这一问题，从而实现向目标的稳定运动。我们最近对二维运动进行了理论分析，并建立了原理证明，现在正在将其完全三维化。我们有许多理论和数值项目可用，这些项目需要理论力学、狭义相对论、光学和电磁学的方法，旨在确定帆表面的详细光学特性、其运动以及帆结构的概念设计。这些项目由物理基金会的特别大挑战基金资助。
海冰压力的高分辨率机载观测...
摘要。压力脊影响海冰覆盖的质量、能量和动量预算，并对穿越冰封水域的运输造成障碍。量化脊特征对于了解海冰总质量和改善高分辨率模型中海冰动力学的表示非常重要。在北极年度冰桥行动 (OIB) 航空调查期间收集的多传感器测量数据为评估冬末的海冰提供了新的机会。我们提出了一种从高分辨率 OIB 数字测绘系统 (DMS) 可见光图像中得出脊帆高度的新方法。我们通过绘制北极西部和中部 12 个压力脊沿线的完整帆高分布来评估该方法的有效性。通过与同时发生的机载地形测绘仪 (ATM) 高程异常进行比较，可以证明该方法并评估 DMS 得出的帆高。帆高和高程异常的相关系数为 0.81 或以上。平均而言，帆高平均值和最大值与 ATM 海拔高度的吻合度分别在 0.11 米和 0.49 米以内。在绘制的山脊中，帆高平均值范围为 0.99 至 2.16 米，而最大帆高范围为 2.1 至 4.8 米。DMS 沿山脊的采样率也高于同步的 ATM 数据。
![arxiv：2106.10961v1 [physics.class-ph] 2021年6月21日](/simg/f\ffbf326e867a19a18ff1d07bd023b1a160aeddc2.webp)
arxiv：2106.10961v1 [physics.class-ph] 2021年6月21日
将航天器发送到我们自己的太阳系中的行星和其他物体的任务几乎已经成为常规。突破性的星际计划旨在将我们的视野扩展到我们自己的太阳系以外的地平线，远离我们最接近的邻居Alpha Centauri System，距离地球有4.2光年[1]。这个巨大的距离意味着即使是迄今为止最快的人造飞机，Parker太阳能探针（预测的最接近太阳方法的最接近光速的最高速度为0.064％），将需要6500年才能到达Al-Pha Centauri。通过化学燃料加速加速的航天器需要在Or-der中携带大量的燃料，以达到接近光速的任何明显部分的速度。一个天然能源来源的自然候选者是光，这是几十年前提出的[3，4]。这是突破性星际计划采取的方法的基本原理。的目的是通过将基于地球的激光阶段阵列加速到光速的20％，将其带有有效载荷的超轻帆艇送到Alpha Centauri [5]。这将使帆可以到达Proxima Centauri并在大约26年内将信号发送回地球；一切都在人类的一生中。帆有望具有约一克的质量，有效载荷包含探测器和电子设备，将信号发送回具有相似质量的地球[6]。在这个宏伟愿景的各个方面都有许多科学和加强挑战，包括激光阵列设计[7]，材料选择[6，8]，帆在加速下[9]，热管理[6，10，11]和通信[12]。差异表明，将帆加速至最终速度的“合理”方案如下[5]：帆的总面积约为10 m 2，净收入激光强度约为10 gw m-2。帆被加速至光速的20％，距离
番茄工程可生产出更大、含糖量更高的果实
北京中国农业科学院遗传学家领导的团队利用 CRISPR-Cas9 技术识别了番茄品种 Solanum lycopersicum 中控制糖含量的一对基因：钙依赖性蛋白激酶 27（SlCDPK27 或 SlCPK27）及其同源物 SlCDPK26。研究人员称，这些基因通过降解负责蔗糖生产的酶，充当番茄的“糖制动器”。只需使这两个基因失活，新品种的果实中的葡萄糖和果糖含量就会比普通的大规模生产番茄高出 30%。更重要的是，这样做不会导致果实大小或总量发生可测量的变化。基因改变不会降低产量，他们发现的唯一其他差异是番茄产生的种子更少，而且更小。他们认为消费者可能会喜欢这个附加功能。
前往土卫二和木卫二的光帆天体生物学先驱任务
拥有液态水地下海洋的冰卫星是太阳系中最有前途的天体生物学目标之一。在这项工作中，我们评估了在前体生命探测任务中部署激光帆技术的可行性。我们研究了前往土卫二和木卫二的此类激光帆任务，因为这两颗卫星发射出的羽流似乎可以进行现场采样。我们的研究表明，千兆瓦激光技术可以将 100 公斤的探测器加速到 ∼30 公里/秒的速度，然后在 1 - 4 年的时间内到达木卫二，在 3 - 6 年的飞行时间内到达土卫二。虽然激光阵列的理想纬度各不相同，但将必要的基础设施放置在靠近南极圈或北极圈的地方可能是土卫二任务在技术上可行的选择。至关重要的是，我们确定与这些卫星的最小相遇速度（约 6 km s −1 ）可能接近最佳速度，可通过类似于欧罗巴快船任务上的表面灰尘分析仪的质谱仪来检测羽流中的生物分子构件（例如氨基酸）。总之，太阳系中的冰卫星可能非常适合通过激光帆结构方法进行探索，尤其是在需要低相遇速度和/或多次任务的情况下。
以推进技术为重点的星际探索分析
摘要 数千年来，人类一直梦想着探索地球和太阳系以外的空间。本文讨论了如何利用当今或不远的将来的技术实现这种星际旅行，特别关注推进技术。首先，本文考虑了星际旅行背后的动机，即它将提供有关系外行星和星际介质的大量科学信息。然后，本文讨论了使用传统航天器进行星际旅行时面临的许多挑战，包括距离、时间和能量方面的挑战。然而，许多可能的替代推进技术解决了这些问题。本文讨论的三种技术是离子发动机、核脉冲推进和光帆。本文使用全面的 Pugh 矩阵分析了每种技术的适用性。本文得出结论，光帆是星际任务的最佳选择，因为它们具有高比冲和最终速度。利用光帆技术开发了在 50 年内飞越我们最近的恒星比邻星的基础任务概念。任务概念包括讨论推动光帆所需的激光器、探测器的大小和质量、机载仪器、任务时间表、通信、部署，最后是风险分析。本文最后介绍了创建此类任务所需的未来进步和研究。
人工智能如何帮助风电行业员工取得更大成就
文档和手动工作量，就像风能行业多年来所做的那样。借助自然语言的力量，工作人员可以提示人工智能系统直观地访问和检索信息，而无需手动在庞大的数据集中搜索信息——无缝地创建类似人类的内容，总结关键主题和见解，甚至根据提示生成软件代码。在网络安全和数据安全的关键领域，生成人工智能可以帮助网络安全专业人员在威胁造成危害之前检测到威胁，并在几分钟内而不是几小时内做出响应。它可以帮助防御者发现其他方法可能遗漏的内容，并通过自然语言提示和简化的报告增强分析师的工作。生成人工智能还可以帮助培训和提升这些工作人员在复杂且快速变化的领域的技能。这套广泛的功能可以帮助增强整个组织的职能——不仅提升个人绩效，而且提升整个行业。
使用并联量子退火解决更大的最大集团问题
Los Alamos国家实验室是一项平权行动/均等机会雇主，由Triad National Security，LLC经营，为美国能源部国家核安全管理局根据合同89233218CNA000001运营。通过批准本文，出版商认识到，美国政府保留了不判有限定的免版税许可，以出版或复制已发表的此捐款形式，或者允许其他人出于美国政府的目的。洛斯阿拉莫斯国家实验室要求出版商根据美国能源部主持的工作确定这篇文章。Los Alamos国家实验室强烈支持学术自由和研究人员发表权；但是，作为一个机构，实验室并未认可出版物的观点或保证其技术正确性。
