天文学家认为他们找到了迄今为止暗物质存在的最佳证据
即便不是，至少也是一种极其奇异的宇宙现象。
暗物质——天文学家所称构成宇宙约85%质量的那种难以捉摸、不可见的物质——不与光发生相互作用。
科学家之所以怀疑它的存在，仅仅是因为我们能够看见的物质与它相互作用的方式。
而现在，中国的一个研究团队表示，他们找到了迄今为止暗物质存在的最直接证据。
根据近期发表在《物理评论快报》上的一项研究，中国科学院的天体物理学家在费米伽马射线太空望远镜长达15.5年的数据中发现了一个“尖锐的”伽马射线信号。
论文认为，这一信号为暗物质的主流理论提供了可观测的支持，该理论认为暗物质由弱相互作用大质量粒子组成。
这一伽马射线信号正是人们预期在这些粒子相互碰撞并湮灭时会看到的现象。
“发现一条尖锐的伽马射线谱线将是证明暗物质粒子存在并揭示其粒子物理性质的终极‘铁证’，”该研究的第一作者范一中表示。
伽马射线是自然界中最强大的辐射类型之一，也是暗物质搜寻中的一个关键关注领域，尤其是对于支持弱相互作用大质量粒子理论的科学家而言。
顾名思义，弱相互作用大质量粒子与电磁力和核力的相互作用过于微弱，无法通过光或其他粒子与普通物质的相互作用被观测到。
另一方面，弱相互作用大质量粒子之间的碰撞应当产生标志性的伽马射线。
一个来源不明的高强度伽马射线源自然会促使一些科学家猜测暗物质是否是罪魁祸首。
至少，最新这项研究远不是第一个这样做的。
去年，一个团队提出银河系中心的伽马射线辉光就是暗物质。
一个月后，另一位研究人员声称弱相互作用大质量粒子是另一个异常伽马射线信号的来源，该信号同样来自费米伽马射线太空望远镜的数据。
话虽如此，伽马射线“铁证”并不容易证实。
过去曾有一些被认为属于此类暗物质信号的案例，后来被证明仅仅是仪器误差。
这项研究还观测了若干星系团，因此这个特定星系团完全有可能只是一个异常现象。
不过，该团队在论文中论证说，其考虑信噪比的计算结果“不支持仪器来源的解释”。
研究人员在研究中补充说，无论如何，鉴于该信号显著尖锐、清晰的性质，调查其物理来源似乎是值得的。
同样值得注意的是，并不仅仅是这一个团队观测到了一些确实难以解释的伽马射线信号。
费米伽马射线太空望远镜目前仍在运行，到2040年其数据集将翻倍。
各国际航天机构也准备在未来几年发射新的伽马射线望远镜，所以谁知道呢？也许伽马射线真的会成为人类与暗物质的第一次接触。
人工光合作用领域再迎突破——一颗微球，把二氧化碳变成糖和淀粉
（来源：环球网资讯） 来源：科技日报 科技日报记者 罗云鹏 把二氧化碳变成葡萄糖、肌醇、氨基葡萄糖、蔗糖、淀粉等多种高附加值产品，过去主要依赖植物光合作用，如今人工光合作用已取得一系列积极进展。近日，人工光合作用领域再次迎来新突破。
中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室研究员王博、于涛团队，设计出一种空间区室化的人造光合水凝胶微球，将光能捕获、微生物固碳和产物合成三个环节装进一个微球里，构建了一个极具通用性的材料—生物杂合平台。
相关成果近日发表于国际期刊《美国化学会志》。
光催化剂和微生物“合不来” 人造光合作用的思路，是用人工办法复刻植物的本事，把阳光和二氧化碳变成有用的物质。
这一思路听上去简单：让光催化材料吸收光能产氢，再让固碳微生物拿氢去固定二氧化碳。
但实践起来却面临重重难关。
第一重难关，环境“合不来”。
光催化产氢需要成分简单的反应介质和合适的牺牲电子供体。
而微生物培养离不开营养丰富的培养基。
光催化产氢和微生物培养对化学微环境的要求，本质上是拧着的。
“光催化要简单介质，微生物要丰富营养，‘脾气’完全相反。
”王博说。
直接把催化剂投进菌液，培养基里的酵母提取物、硫化钠会把活性位点堵死，催化活性一落千丈。
若把两者分别装进独立反应器，氢气从气相到液相的传质又成了新的限速步骤。
这导致隔也不是，混也不是。
第二重难关，光照“谈不拢”。
光催化剂需要强光照才能维持较快的产氢速度，可多数天然固碳菌见光就“受伤”。
强光底下，菌根本活不下来。
第三重挑战，难度更大。
光催化模块与生物转化模块之间，用什么化学物质来衔接？目前较成熟的方案是让蓝藻等光合微生物分泌蔗糖等代谢物，为下游异养微生物提供碳源。
可这条路受限于代谢物跨膜运输效率低、分解代谢物阻遏和碳回收率低等因素，复杂的代谢物背景还会干扰下游催化过程。
总而言之，人工光合作用的瓶颈在于：光催化材料和固碳微生物各自厉害，但合不到一块。
“能不能找到一种既高效供给又广泛兼容的中间体，成了能否打通全链条的关键。
”王博说。
此前，国内外同行已各显神通：有人致力于高效光催化剂研发，有人专注介质设计，也有人尝试杂合体反应平台以及下游工程生物底盘设计与构建。
可这些方案分头着力，以上三道难题依旧存在。
面对这种困境，研究团队提出，用水凝胶微球这种形式构建一种新型材料—生物杂合体。
一个“单间”解决光毒性难题 研究团队的具体思路，是在水泥基区内用物理屏障把光催化区和微生物区分开，拿氢气当短程电子传递媒介，再拿乙酸当上下游的化学桥接分子，力争在同一个体系里同时解决三道难题。
循着这个假设，团队开始配制培养基。
他们用二硫苏糖醇替换掉原来的抑制组分，配出既能养菌又能催化的双功能培养基。
换了配方，COF/Pt/Cr2O3光催化剂5天产氢量达到62.0毫摩尔每克，比原先提升16倍。
培养基理顺了，微球怎么造？团队以海藻酸钠和羧甲基纤维素为基质，用钙离子交联将它们“粘”在一起，做出直径约4毫米的双网络水凝胶微球。
微球外壳里均匀分散着COF/Pt/Cr2O3光催化剂，内核则嵌着一块经高温碳化的三聚氰胺泡沫。
光催化产氢的问题解决了，接下来要选固碳的“工人”。
团队看中了伍氏醋酸杆菌。
它天生厌氧，能高效利用氢气产乙酸，是理想的固碳微生物。
可它偏偏怕光，见光几小时就会失活。
微球内核那块碳化三聚氰胺泡沫，正好能给它造一个暗处安身的“单间”。
其中，双网络结构让微球既扛得住搅拌，又留得住催化剂和菌，是整个设计的“骨架”。
碳化泡沫为细菌提供安全居所。
它黑而多孔，透射光谱测试显示，它能挡住超过99%的紫外线和可见光，气体分子和营养却进得来、出得去。
“光催化在外壳跑，微生物在内核长，一颗微球里面装着一个独立‘单间’。
”王博说，把伍氏醋酸杆菌接种进碳化泡沫内核，外壳在强光下持续产氢，内核里的菌却待在暗处，相安无事。
数据印证了这一点。
在60毫瓦每平方厘米的强光下连续运行10天，活/死细胞荧光染色和活性氧检测都显示，内核里的菌始终状态良好。
作为对照，无泡沫保护的裸菌，48小时内几乎全部失活。
一边生机勃勃，一边全军覆没。
光毒性这道坎，就这样被一块黑色泡沫化解了。
效率差距同样悬殊。
这套人造光合水凝胶微球系统10天累计产出212.4毫克每升乙酸，氢气到乙酸的摩尔转化效率达88.85%。
而把催化剂和菌简单混在一起的对照组，产出乙酸只有23.7毫克每升，效率仅7.9%。
一里一外，空间区室化把光和生物的耦合效率提升了一个数量级。
通用平台产出多种高价值产品 光驱下的二氧化碳固定已跑通，稳定又高效，可产业链还差最后一环——下游怎么把乙酸变成更高价值的产品。
真正打通全链条的是乙酸。
乙酸可被多种工业微生物经乙酰辅酶A合成酶吸收，进入中心碳代谢，转化为乙酰辅酶A。
乙酰辅酶A是细胞代谢的“枢纽站”，无数产物都从这里分流，而乙酸能直达这个枢纽。
“乙酸就是我们找到的那座桥。
”于涛说，“有了它，底盘细胞就能按各自携带的不同合成途径，把乙酸分别转化为葡萄糖、肌醇、氨基葡萄糖、蔗糖和淀粉。
” 这带来了模块化的好处：上游光催化产氢、微生物固碳产乙酸这两段固定不变，想换产品，只需替换下游的酵母底盘细胞。
整个微球系统作为一个通用平台，能够无缝衔接各种工程酵母，从而将二氧化碳升值为多种高附加值产品。
以往光合生物制造，换一种产品往往要推倒重来。
人造光合水凝胶微球让上游不动、只换下游，省下了大量重复试错。
这个平台的价值，不在于产出某一种产物，而在于它搭好了一个“底盘”，让后续具有通用性的拓展变得简单。
至此，从光能捕获到高值产物合成的全链条，在一颗毫米级微球里串了起来。
光催化产氢、微生物固碳、产物转化三个模块，物理上各自独立，功能上咬合有序。
凭借出色的通用性，它为二氧化碳无缝衔接各类微生物工程底盘及资源化利用，提供了一条灵活、可拓展的新路。
“下一步，我们将进一步探索高效且适用于微生物的杂化体系设计，并开发适用于中性pH和高离子强度环境的新型光催化剂，从而全面提升系统的能量转化效率与运行可持续性。
”王博说。
这一成果为二氧化碳高值化利用打开了想象空间。
从工业尾气到大气碳捕集，凡有二氧化碳处，皆有变废为宝的可能。
一颗微球的故事，才刚刚开场。
“冰立方”没找到的宇宙之谜，线索或藏在四川的高山上
每经记者｜郑雨航 每经编辑｜兰素英 近日，南极“冰立方”中微子天文台主导者弗朗西斯·哈尔岑单独获得2026年诺贝尔物理学奖。这让远隔万里的“冰立方”与高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）项目产生了共振：一个深埋在南极冰层下1450米至2450米，专门捕捉行踪诡秘的宇宙“幽灵粒子”中微子；一个矗立在四川稻城海拔4410米的高山之巅，捕捉超高能伽马射线与宇宙线留下的痕迹。
新华社 两者虽然观察方式不同，却在追寻同一个世纪谜题——宇宙高能粒子究竟来自何方？理论上，高能中微子与伽马射线如同孪生子，稻城“拉索”项目锁定的数十个候选源，正成为指引全球寻找高能中微子源的关键路标。
事实上，哈尔岑对“拉索”项目也并不陌生。
2025年，“拉索”发布破解宇宙线“膝”形成之谜的重要研究成果时，哈尔岑就是参与点评的国际专家之一。
诺贝尔物理学奖公布后，《每日经济新闻》记者（以下简称NBD）专访了“拉索”首席科学家、中国科学院院士曹臻。
作为与哈尔岑教授有着20多年学术交往的科学家，曹臻介绍了哈尔岑的学术成果对天体物理学的贡献，以及“冰立方”与“拉索”项目的深刻关联。
哈尔岑完成探路者使命 NBD：哈尔岑获得了今年的诺贝尔物理学奖，你听闻这一消息的第一反应是什么？你与哈尔岑此前有哪些交流？ 曹臻：这是对中微子天体物理所代表的多信使天文学发展的极大鼓舞，彰显了这一领域巨大的影响力，我也衷心祝贺哈尔岑教授能获此殊荣。
哈尔岑作为当今最有影响力的天体物理学家，对这个领域的发展具有真知灼见。
2024年，我曾专程前往威斯康星大学拜访他，我们深入探讨了未来高能中微子望远镜的建设方案和核心科学目标。
我从中获得了极大的鼓励，也对科学方案进行了深度优化。
他也一直高度关注“拉索”的科学成果。
应我的邀请，他曾对“拉索”精确测量宇宙线质子能谱、发现高能组分等成果作出精辟的点评。
我们之间的学术联系可以追溯到20多年前。
当时我还在美国犹他大学利用HiRes宇宙线实验开展研究，哈尔岑就曾作为外部专家对我的研究做出过评估，对我后续的科研工作产生了重要影响。
NBD：如何评价哈尔岑以及“冰立方”对粒子天体物理学的贡献？ 曹臻：哈尔岑教授是一位具有深远影响力的理论物理学家。
他写的《夸克和轻子》是我研究生时期学习粒子物理和规范场论最主要的教科书之一。
我认为，他有一个非常突出的能力，就是能够敏锐把握重大科学方向，并作出关键科学决策。
从AMANDA（“冰立方”的前身，全称为南极缪子和中微子探测阵列）到“冰立方”，他推动了两个阶段南极中微子望远镜实验计划的立项。
同时，他还有很强的号召力和凝聚力，组织多个单位参与国际“冰立方”合作组，克服万难，在南极这种极端环境下，建成了宇宙线探索百年历史上投资规模最大的实验装置。
借助“冰立方”的中微子探测灵敏度，研究人员在2012年测量到能量超过0.1拍电子伏的中微子流强，显著超过地球大气产生的中微子背景流强，从而发现了源自太阳系以外的高能中微子。
虽然仅仅测到几乎均匀弥漫在整个空间各个方向的微弱流强，并没有发现在单个方向上的显著超出，还没有找到中微子源存在的显著证据，但这已经找到了探测地外中微子的有效途径，完成了探路者的使命。
这开启了利用中微子探测宇宙深处奥秘的中微子天文学窗口，尤其是与极端天体物理过程相关的高能中微子天文学窗口，意义重大。
“拉索”锁定高能中微子最可能源头 “拉索”位于四川稻城海子山，由中国科学家自主设计、建设并运行。
2025年11月16日，“拉索”关于宇宙线“膝”形成之谜的两项重要研究成果对外发布。
哈尔岑对该中国科研成果给予高度评价：此次“拉索”合作组的科学成果，为我们理解银河系宇宙线的起源这个悬而未决的重大谜题带来了根本性的新认识。
无论是探测面积还是缪子覆盖度，“冰立方”都无法达到“拉索”的精度水平。
这次测量覆盖了能谱中那个非常关键的能区，也就是所谓的“膝”区，有力地推动了将微类星体视为“膝”区宇宙线可靠加速源的研究。
无论是“冰立方”，还是中国正在规划的大型探测项目，我们都将能确认它们作为宇宙线加速器的角色。
NBD：“拉索”和“冰立方”之间有怎样的科学联系？ 曹臻：今年的诺贝尔奖成果叙述明确指出，尚未发现中微子源存在的显著证据。
准确地说，没有发现源，就还不能算是真正意义上的天文学研究。
但发现源的存在是需要线索的，最好在疑似的候选天体中去寻找，而“拉索”发现的超高能伽马射线源就是最可能的候选天体。
从理论上讲，超高能中微子应该存在共生的伽马射线，高能宇宙线粒子在撞击源周围的星际介质时，会无偏差地产生衰变到两个伽马光子的中性粒子和两个衰变到中微子的带电粒子。
打个形象的比喻：伽马光子和中微子是孪生子，但它们“性格”迥异，伽马射线性情活泼，易于探测，1平方公里的“拉索”已经发现了几十个超高能伽马射线源天体；而孪生的中微子却是天生的“隐身人”，高深莫测，被称为“幽灵粒子”，1立方公里的“冰立方”至今没有有效探测到任何一个源。
这说明，与伽马射线探测灵敏度相比，中微子探测的灵敏度严重不足，“冰立方”之后的下一代探测装置必须具备足够强的灵敏度。
根据我们的估算，30立方公里的探测装置是必需的。
也就是说，“拉索”主要“看”超高能伽马射线和宇宙线，“冰立方”主要“看”高能中微子，它们是在追踪宇宙中同一类极端粒子加速过程，但这里也存在本质的差别：人类所拥有的伽马射线和宇宙线探测器的灵敏度已经很强，可以开展高精度的测量，而中微子探测才刚刚起步，探到了前行的路线，但还不具备看见单个源的能力。
而“拉索”发现的大量超高能伽马射线源，正是高能中微子的最可能源头。
一旦测到来自这些源的中微子，无疑就找到了破解宇宙线起源的关键证据。
NBD：从“拉索”目前的观测结果来看，是否已经有一些天体源是你特别希望“冰立方”或者其他下一代中微子望远镜重点寻找对应中微子信号的？ 曹臻：是的，有一批天体，尤其是与黑洞吸积过程密切相关的天体。
当“拉索”发布批量化发现这种被称为微类星体的超高能伽马射线源的成果当天（2024年国庆假期期间），我正好与哈尔岑一起在威斯康星大学一间不大的会议室里参加一个研讨会，当天的话题自然就是微类星体，他当场就断言，微类星体就是未来中微子和宇宙线起源的最佳候选天体，他甚至“愿意赌上他的钱包”。
但“冰立方”的灵敏度肯定不能完成此任务。
根据“拉索”测量的伽马射线强度，如果这的确是中微子的孪生兄弟，那就算是第二代“冰立方”的灵敏度也不足以在10年观测期内以5倍标准偏差的显著性探测到发自这些源的中微子。
这是自然界给人类设置的一个不低的门槛。
多信使天文学窗口早已打开 NBD：哈尔岑此次获得诺贝尔物理学奖，是否意味着我们正在真正进入中微子、伽马射线、宇宙线、引力波共同参与的多信使天文学时代？下一项重大突破可能出现在哪里？ 曹臻：多信使天文学的窗口其实早已打开。
以“拉索”的发现为依据，中微子天文学是下一个最有希望的突破口，如果具有30倍的灵敏度提升，可以“看见”超高能中微子源。
NBD：中国已经有四川稻城的“拉索”，也正在推动包括南海深海中微子望远镜在内的相关计划。
如何评价中国目前在粒子天体物理和多信使天文学中的位置？ 曹臻：“拉索”已经为人类打开了超高能伽马射线天文学的研究窗口。
这类源天体的数量已经超过60个，不但给未来的伽马天文学发展指明了方向，给未来即将投入观测的LACT（中国）、ASTRI（意大利）、LST-CTAO（欧洲）等伽马望远镜项目设定了研究目标，也给未来中微子研究设立了探索的目标，甚至是定量化的目标。
因此，中国也在为此制订自己的中微子探测计划，直面自然界的高门槛，寻找可能的解决途径。
除了已经提到的在南海的尝试以外，眼下的核心任务是找到降低探测装置建设成本的办法，在有限的研究经费中实现大规模的探测器建设，达到所需要的灵敏度。
通过国际合作集众多有志于中微子天文学突破的研究力量共同完成人类的壮举，几乎是必由之路。
目前，中俄两国正在努力推动以贝加尔湖为基地的超大型中微子望远镜项目立项，借全球唯一的贝加尔湖优质水体建设30立方公里的Baikal-HUNT（贝加尔湖高能水下中微子望远镜），以此为基础，我们正在扩大国际合作的范围，凝聚更多的国际力量共同完成这一历史使命。
哈尔岑对此计划不但高度赞赏，还给出了重要的建议和极大的鼓励。
封面图片来源：新华社
