人類第一次看到了暗物質？| 新聞串燒

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內容提要

1. 暗物質初見|暗物質的構成及其是否真實存在仍是未解之謎。最近日本學者觀測發現了一種伽馬射線的分布模式，其形態恰好與從銀河系核心呈球狀擴散的暗物質暈輪廓相吻合。這或許是我們第一次看到暗物質的直接證據。

2. 觸發自身免疫 |紅斑狼瘡此前已被證實與導致傳染性單核細胞增多癥的EB病毒有關。如今科學家進一步洞悉了EB病毒誘發這種自身免疫性疾病的作用機制，此機制與記憶B細胞密切相關。

3. 量子計算新產品 |IBM公布了兩款新型量子計算機“夜鷹”和“潛鳥”，其采用的量子比特以復雜精妙的新方式連接，或將為實現無誤差計算開辟道路。

人類第一次看到了暗物質？

伽馬射線氣泡示意圖

暗物質概念源起1930年代。當時瑞士天文學家弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky)發現，遙遠星系的旋轉速度似乎超出了其質量所允許的范圍。于是他根據觀測結果提出理論：暗物質——一種既不發光也不吸光的物質，卻對其周圍星系施加著無形的引力作用。

此后科學界一直致力搜尋暗物質粒子，不過迄今為止，無論是地面探測器、太空望遠鏡，抑或是像大型強子對撞機這樣的科學重器，均未收獲十分確鑿的實證。

在眾多暗物質理論中，有一種假說認為，暗物質由所謂“大質量弱相互作用粒子”(WIMP)構成。此類假想粒子比原子內部的質子更重，卻幾乎不與常規物質發生相互作用，故極難探測。當兩個WIMP碰撞時，它們會相互湮滅，釋放其他粒子并爆發出伽馬射線。

若暗物質的確由WIMP構成，也的確如其引力作用效果所展現的那樣分布整個銀河系，那么我們應當能實際觀測到WIMP自湮滅產生的輻射輝光。多年來，天文學家總在爭論“來自銀河系中心的異常伽馬射線過量現象是否就是暗物信號”，但至今仍無定論。

為探尋潛在暗物質信號，東京大學天體物理學家戶谷友則(Tomonori Totani)分析了美國宇航局（NASA）費米伽馬射線空間望遠鏡的觀測數據。該望遠鏡能夠探測電磁波譜中能量最高的光子。他從數據分析中發現了一種伽馬射線分布模式，其形態恰好吻合從銀河系中心向外呈球狀擴散的暗物質暈的輪廓。

戶谷友則表示：該信號與理論預測的暗物質釋放伽馬射線特性高度吻合。若自己觀測到的確為暗物質活動，那么根據數據可判斷，此暗物質由比質子質量大500倍的基本粒子構成。

相關研究細節已發表于《宇宙學與天體粒子物理學報》(

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

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EB病毒為何能引發紅斑狼瘡？

EB病毒是一種廣泛存在的人類皰疹病毒，常通過唾液傳播，其造成的絕大多數感染不會引發明顯癥狀。

不過它能重構人體免疫細胞，從而導致部分人群發展出自身免疫性疾病——系統性紅斑狼瘡。過往多項研究證實了這種關聯，而且不只是狼瘡，諸如多發性硬化癥、類風濕關節炎、系統性硬化癥等一系列自身免疫性疾病都與EB病毒密切相關。（詳見：）

狼瘡發作時，免疫系統過度活躍，B細胞和T細胞等持續攻擊健康組織，引起肌肉關節疼痛、皮疹、極度疲勞等多種癥狀。當然，此病的具體病理機制尚不明確，科學家推測其中會涉及到遺傳、激素因素以及環境誘因(如病毒和微生物群紊亂)的相互作用。

另一個重要事實是，狼瘡患者在全球范圍內僅約500萬人，其中約90%為女性，這類群體體內往往有較高水平的抗EB病毒抗體。

為深入探究狼瘡與EB病毒的關聯機制，斯坦福大學學者威廉·羅賓遜(William Robinson)與同事開發出名為EBV-seq的單細胞RNA測序平臺。該技術可識別狼瘡患者體內哪些B細胞(負責產生中和病原體的抗體)被EB病毒感染，并找出這些B細胞生成RNA分子所要表達的基因。

研究團隊分析了11名狼瘡患者的血液樣本后發現，每1萬個完成測序的B細胞中約有25個感染了EB病毒。相比之下，10名健康個體的情況表明，每1萬個測序B細胞僅有0~3個感染病毒。

大部分受感染細胞屬于記憶B細胞，有能力記住過去遭遇的病原體身份，并于“再相逢”時快速啟動免疫應答。

羅賓遜等人意識到，受EB病毒感染的記憶B細胞會表達ZEB2基因和TBX21基因，引發連鎖反應，激活輔助性T細胞，進而招募未感染的B細胞。這種惡性循環最終導致免疫活動失控，開始攻擊人體自身組織。

證明EB病毒在狼瘡發病中起關鍵作用的核心發現是：它通過產生一種名為EBNA2的蛋白質來激活記憶B細胞。EBNA2蛋白會與ZEB2和TBX21基因結合，顯著增強它們的活性。

關于“為何多數EB病毒感染者不會罹患紅斑狼瘡”的問題，羅賓遜認為這在很大程度上由遺傳決定，僅小部分人的基因決定了其“B細胞更易錯誤攻擊健康細胞”。“這些人因遺傳易感性和特定環境因素共同作用，更有可能在被EB病毒感染后患上狼瘡。”

更重要的是，新發現或許解釋了“為何某些CAR-T細胞療法在部分狼瘡臨床試驗里取得顯著療效”。CAR-T療法通過基因工程技術改造患者自身的T細胞，令其攻擊特定目標，最初用于治療由B細胞失控增殖引發的血液癌癥，通常能清除大量B細胞。在羅賓遜看來，可能正是這種作用機制耗光了受EB病毒感染的B細胞。

資料來源：

IBM發布兩款新型量子計算機，向無差錯的量子計算邁進

11月中旬，老牌科技企業IBM推出兩款最新型的量子計算機：“夜鷹”(Quantum Nighthawk)和“潛鳥”(Quantum Loon)。整個行業都在努力構建沒有誤差的量子超級計算機，而IBM的技術路線顯得與眾不同，其新產品采用模塊化設計，實現了超導量子比特在計算單元內部及不同單元之間的新型連接方式。

IBM的科學家杰·甘貝塔(Jay Gambetta)透露，他們首次公布設計方案時曾被學界質疑其可行性，當時甚至有同行認為IBM的思路已經脫離實際。此次發布無疑是對質疑聲的有力回應，不僅驗證了技術方向的可行性，更為下一代實用化量子設備奠定創新基礎。

在潛鳥系統中，每個量子比特均與另外6個量子比特相連，而且這些連接可以突破二維平面——不僅能沿芯片平面運轉，還可在垂直于平面的方向上行動。這是當前其他任何超導量子計算機都不具備的能力。夜鷹系統采用了四向連接的量子比特架構。

增強的連接性使系統兼具更高的計算能力和更低的誤差率。這或許會是攻克現有量子計算機最大難點的關鍵。

甘貝塔指出，夜鷹的初步測試顯示，它所能運行的量子計算程序，在復雜程度上可比IBM當前最常用量子計算機運行的程序高出30%。計算復雜度提升將拓展量子計算應用場景.事實上，IBM的過往產品已實現化學等領域的實際應用。

當然，行業的終極目標在于，將量子比特整合為所謂“邏輯量子比特”，以求通過糾錯機制壓低錯誤率，實現容錯計算。IBM總在倡導一種要求邏輯量子比特規模小于其他競爭對手的方法，這種技術路線有望幫助IBM既達成無錯的量子計算，又避免構建數百萬量子比特所需的成本和工程難題。

不過實現該目標的前提是必須建立量子比特間的高密度互聯——這正是甘貝塔團隊宣稱在潛鳥系統上取得的突破。

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