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今日看点（自动摘要）：physics: FuXi-Nowcast：深度学习系统突破强对流天气临近预报难题；physics: 太空AI数据中心：系绳架构实现太阳能供电与连续计算；physics: 线性准地转流中的守恒伪动量：诺特定理的应用
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本研究提出的FuXi-Nowcast深度学习系统，通过整合多源观测数据与三维机器学习天气预报模型，实现了对中国东部地区1公里分辨率下雷达回波、降水、温度及阵风等要素的联合预报。系统采用多任务Swin-Transformer架构，并设计了专门的对流信号增强模块与分布感知混合损失函数，有效缓解了深度学习预报中常见的强度快速衰减问题。在长达12小时的预报时效内，其关键成功指数在多个阈值上均超越了业务数值预报模型，尤其在强降水预报方面提升显著。
本研究提出了一种基于系绳结构的轨道数据中心架构，旨在部署于晨昏太阳同步轨道，利用连续日照实现全太阳能供电。该设计通过串联计算节点与光伏板，可提供2-20兆瓦的持续计算能力，专为低延迟AI推理任务服务。系统采用辐射冷却与集成屏蔽技术管理散热与辐射防护，并详细分析了质量预算、被动姿态控制及微流星体碰撞动力学等关键工程问题。
本研究为线性化二维准地转方程提供了哈密顿量和拉格朗日量表述。由于线性近似中不存在波-波相互作用，系统展现出无限的U(1)对称性。根据诺特定理，该对称性对应一组无限的守恒定律，即著名的伪动量。研究明确指出，每个纬向波数都存在独立的守恒伪动量，澄清了过去文献中可能存在的模糊之处。
本研究提出了一种无表面活性剂、溶剂导向的飞秒激光液相烧蚀策略，用于调控层状材料CdPS3的相态与光电性质。通过改变溶剂环境，可在保留原始单斜晶格与诱导生成CdS量子点及金属镉缺陷位点之间实现可控转变。由此构建的CdPS3/CdS异质结构纳米胶体，凭借肖特基型金属-半导体结显著提升了电荷分离效率，在532 nm可见光照射下30分钟内对亚甲基蓝的降解率高达约90%。该工作为复杂三元层状材料的高性能光催化剂设计提供了可扩展的缺陷工程新工具。
本研究通过贝叶斯优化结合粒子网格模拟，系统研究了激光驱动器的光谱脉冲整形对通道引导激光等离子体加速器性能的影响。研究采用基于新型光场电离通道技术的真实等离子体剖面，并保持激光能量恒定。结果表明，通过优化激光脉冲的时间轮廓和等离子体通道参数，可以显著提升加速性能。与基线高斯脉冲相比，优化后的光谱整形方案能使电子束的电荷量提高一个数量级，同时增加电子束的平均能量。
本研究从Navier-Stokes-Korteweg方程出发，开发了一种基于第一性原理的液-汽相变流动模型，用于模拟表面活性剂在非平衡条件下的复杂效应。该模型成功再现了表面活性剂介导的表面张力降低现象，并通过模拟气泡平衡态、界面振荡、气泡聚并和冷凝过程，揭示了表面活性剂影响相变动力学的关键机制。这项工作为研究表面活性剂在液-汽相变中的作用提供了新框架，并为探索复杂表面化学对气泡流动及声学响应的影响指明了方向。
本研究通过单分子测量和分子动力学模拟，揭示了II型拓扑异构酶（topo II）结合动力学如何相反地调控其两种关键功能：解链与松弛。研究发现，增加酶与DNA的解离速率会加速解链反应，但同时会减慢松弛反应。这种相反行为源于酶在链环状与超螺旋DNA中，通过促进扩散寻找目标与持续合成能力之间的权衡。该发现阐明了topo II维持基因组拓扑简单性的精细调控机制，对理解其在转录和复制中的关键作用具有重要意义。
本研究通过准线性动力学方程，结合解析与数值方法，探究了电磁趋肤效应对具有小尺度湍流磁场的稠密、非相对论、无碰撞等离子体中带电粒子反常输运的影响。研究获得了考虑趋肤效应的福克-普朗克方程扩散张量分量的解析表达式，并针对静磁湍流情况进行了数值求解。结果表明，趋肤效应增加了粒子在湍流等离子体中的平均自由程，从而降低了其反常电阻。同时，它还导致粒子散射的各向异性，进而使得其稳态速度分布也呈现各向异性，且这种各向异性随屏蔽参数的增大而增强。研究还获得了具有各向同性静磁湍流的等离子体中带电粒子有效迁移率和电导率的近似解析公式。
针对传统气体动力学教学中求解非线性控制方程依赖迭代法或查表、物理直觉不直观的问题，本文提出一个深度学习框架，为瑞利流、法诺流、斜激波、缩放喷管及非定常激波管等五个经典问题构建高保真替代模型。研究详细阐述了针对不同问题的神经网络架构与物理信息特征工程策略，如对法诺摩擦参数使用对数输入、为斜激波引入几何锚点。模型精度高，能即时可视化复杂设计空间，展示了如何将现代数据驱动技术融入物理课程以增强概念理解。
本综述系统评估了非热等离子体（NTP）对聚乳酸（PLA）和聚碳酸酯（PC）等生物医用聚合物表面的改性作用。NTP处理能可控引入极性官能团、增加表面能、改变介电行为并产生微粗糙度，从而协同增强蛋白质吸附和早期细胞粘附。研究通过整合接触角、介电阻抗谱、FT-IR化学成像和光学显微镜等多模态分析，构建了阐释等离子体诱导化学与形态变化的统一框架，为组织工程支架、植入器械等下一代功能化生物材料的理性设计提供了路线图。
研究提出，聚变系统在实现能量收支平衡前，即可通过中子驱动的嬗变过程生产高价值同位素而获得经济可行性。通过在包层中加入特定靶材，聚变系统可同时发电和生产同位素，显著提升其经济价值并加速应用。计算表明，在较低等离子体增益（Q_plas < 1-3）下，仅需几兆瓦聚变功率即可生产满足全球需求的医用放射性同位素（如钼-99）。在较高增益（Q_plas > 3）下，则可实现发电与同位素（如由汞嬗变产金）的联产，使经济可行的等离子体增益要求从10-100大幅降至3-5。该技术为聚变能源从兆瓦级同位素生产装置到太瓦级发电厂的部署提供了创收路径。
研究团队成功将非范德华层状氧化物Na2Zn2TeO6剥离至约4纳米厚度，揭示了其层间高度无序且可移动的Na+离子是机械剥离的关键。该材料在可见光至近红外波段表现出显著的光学双折射（Δn约0.25），是一种宽带隙介电材料。其[Zn2TeO6]2-刚性框架与高离子电导率解耦，使其成为兼具环境稳定性、光学各向异性和离子传输特性的理想平台，为“离子光子学”这一新兴领域开辟了道路。
研究团队通过原子层沉积技术成功制备出大面积硫化镓薄膜，其光学常数与单晶材料几乎无差异，解决了传统范德华材料难以规模化集成的难题。该材料在可见光波段展现出高折射率和强各向异性，能有效抑制高密度集成波导中的串扰，为下一代集成光路和增强现实显示器的规模化制造提供了可行的技术路径。
本研究提出了一种结合反冲与飞行时间谱学的贝叶斯协议，通过全谱模板匹配与概率证据评估，直接从测得的中子能谱推断中子源类型。该方法在事件数低至约1000次时，仍能以超过4σ的统计显著性成功识别单源及双源配置。这证明了中子能谱特征可用于可靠的源识别，为基础研究和核安全等应用领域开启了新的观测窗口。
本研究针对传统方法在生成白光光学涡旋时面临的光谱带宽、转换效率和脉冲完整性之间的固有矛盾，提出了一种补偿式串联交叉扭曲向列相液晶架构。通过建立严格的琼斯矩阵模型并定义色度保真度的具体评价指标，分析了制造缺陷和非绝热波导对器件性能的影响。研究提出并评估了三种补偿策略，其中主动补偿方案利用可调谐延迟器，有效消除了寄生振幅调制，能够在任意带宽内生成具有高相位纯度的完美无色散涡旋。这为高保真白光奇异光学提供了一个优越且通用的平台。
针对医学成像、无损检测中的逆介质散射问题，传统机器学习方法在处理高度非线性散射时效果不佳。本研究提出一种新方法，将代表正向模型的微分求解器作为显式物理知识嵌入机器学习框架，并采用逐步增加波频测量的经典策略来稳定重建。经验表明，该方法能以远低于竞争方法的计算或采样成本，获得高质量的散射势重建结果。
本研究提出并实验演示了一种在连续、非周期系统中实现非厄米趋肤效应的新机制。通过在拓扑平庸系统中引入非对称的纯虚数势，诱导出类似于趋肤效应的动量空间局域化。实验利用激子极化激元，在简单的“圆盒”陷阱中，通过激光泵浦偏离陷阱中心实现了该效应。研究发现，当极化激元密度升高形成非平衡玻色-爱因斯坦凝聚体时，该局域化效应会持续并增强。这项工作为在宏观量子态中探索非厄米性、拓扑和非线性之间的相互作用提供了新途径。
本文综述了基于光致发光的固态激光冷却技术进展，该技术已成为传统低温技术的可靠竞争者。文章概述了使用稀土掺杂玻璃、晶体及半导体的关键里程碑，并强调了新兴应用。为加强结果的一致性和可重复性，作者引入了涵盖材料、冷却指标和测温法的标准化报告清单。
本研究利用超快光纤激光器平台，首次揭示了线性模式耦合对矢量孤子物理性质的调控作用。弱线性耦合支持由不同偏振模式构成的异核矢量孤子，表现为单脉冲与正交阻尼脉冲链的耦合；强线性耦合则促进结构相似偏振模式组成的同核矢量孤子，形成具有“毛虫运动”特征的孤子化合物。该发现揭示了矢量孤子的新形态，为开发多功能超快光源开辟了有效途径。
本研究针对三周期极小曲面（TPMS）晶格换热器，提出了一种基于宏观流动分析的优化设计方法。通过Darcy–Forchheimer理论建立宏观流动模型，并引入体积传热系数表征单元传热能力。以Primitive晶格的等值面阈值为设计变量，优化了U型流道换热器内的晶格分布。实验验证表明，优化后的非均匀晶格结构相比传统均匀晶格，平均传热性能提升了28.7%。
GNOME国际合作项目利用全球12个站点的原子磁力计阵列，首次对理论预测的太阳引力束缚轴子晕进行了为期69天的搜寻。研究团队建立了轴子-质子梯度耦合产生赝磁场的信号模型，并通过时间偏移的日调制模板进行互相关分析，以寻找预期的全球性、方向依赖的单色信号。在0.05 Hz至20 Hz频率范围内未发现统计显著的候选信号，并据此对轴子-质子线性及二次耦合强度设定了95%置信水平的上限。在二次耦合情形下，其限制比现有天体物理界限严格两个数量级以上。
本研究设计并构建了一个用于本科高年级课程的直流辉光放电等离子体实验装置。该装置由一个带可移动电极的1米长石英管构成，可系统研究压力、电压和几何结构变化下的等离子体行为。研究团队利用该平台表征了帕邢击穿关系和电压-电流特性，并开发了朗缪尔探针以测绘电子温度和密度的空间分布。此外，还采用玻尔兹曼图光谱法测量了不同等离子体区域的激发温度，并利用定制的亥姆霍兹线圈演示了电子的磁聚焦效应。该装置为探究基础等离子体现象提供了一个多功能平台。
本研究评估了利用风电生产绿氢为美国工业供热的技术经济可行性。通过对比两种路径：一是由共址风电和电池储能供电的离网系统，二是直接接入风电节点、根据实时电价响应的并网系统。优化结果显示，在高风资源地区，离网系统的平准化氢成本可低至约7美元/公斤；而并网系统在电价频繁走低时，成本可降至0.5美元/公斤。分析表明，中西部风资源丰富地区具备生产有竞争力绿氢的潜力，为工业脱碳提供了清晰的部署框架和实用策略。
本研究通过混合粒子模拟方法，模拟太阳风中类似开关边界的阿尔芬旋转间断结构。研究发现，在其中一个边界处，大量质子被静电场所捕获，形成温度各向异性显著的次级束流，并激发下游区域的离子回旋波。该工作揭示了开关边界可能成为太阳风中质子束流产生的重要场所，并强调了高分辨率观测旋转间断附近速度分布的必要性。
研究首次揭示了日冕物质抛射（CME）在低日冕中从非径向传播转向径向传播时的横向形变过程。通过多波段观测两个源自同一活动区的大尺度CME，发现它们在非径向阶段通过上翼向外凸起发生横向形变，最终转向距爆发点约25°的径向方向。上覆磁环的强磁张力虽未完全束缚磁绳，但限制了CME部分区域的径向膨胀。该研究填补了CME完整演化图像的关键环节，对理解其空间天气效应至关重要。
本研究通过二维粒子模拟，再现了束-等离子体系统中的集体汤姆逊散射现象，并系统分析了散射波谱的特征。研究通过构建波数空间中散射波谱的几何形状，首次在二维波数空间中揭示了散射谱的非对称性。结果表明，当发生Buneman不稳定性或离子声不稳定性时，特定方向传播的散射波谱中的电子或离子特征会被放大并发生畸变。该成果有望应用于电离层等离子体的雷达观测以及实验室等离子体的CTS测量数据解释。
本文探讨“大爆炸”一词的起源与多重含义，指出其最初是弗雷德·霍伊尔在BBC广播中提出的讽刺性标签，却意外成为公众对宇宙起源的误解源头。作者援引莎士比亚和翁贝托·埃柯对语言与实在关系的思考，强调科学术语常是随意贴上的标签，而非本质描述。研究揭示“大爆炸”如今在不同语境中指代截然不同的概念：从奇点、暴胀理论到宇宙学模型，甚至电视节目名称。
一项新研究提出“终末假说”：人类首次探测到的外星技术文明，很可能并非典型代表，而是处于短暂、不稳定甚至濒临终结阶段的“异常响亮”文明。研究通过模型分析指出，一个文明若仅在生命周期的极小部分（如百万分之一）发出强烈信号，其信号强度需占其总可观测能量预算的1%以上，才能在探测概率上超越更“安静”的文明群体。这为通过广域、多波段、连续巡天进行“异常搜索”提供了理论依据。
研究通过高速离焦成像揭示了布氏锥虫独特的螺旋运动机制。其鞭毛产生顺时针拍打，形成右旋螺旋波沿体表传播，驱动细胞像开瓶器般前进。同时，细胞体进行较慢的逆时针旋转以平衡扭矩。细胞体在鞭毛下的弯曲形状，使得这两种手性运动在不同径向距离上叠加，形成了观察到的花瓣状轨迹。三维流体动力学模拟证实了该机制，并表明弯曲体形增强了游动效率，这可能是其形态的适应性优势。
本研究提出了一种简洁的变分框架，用于处理受一般分布式载荷作用的平面弹性杆。该框架将重力、磁体扭矩等载荷的能量贡献直接纳入能量泛函，避免了传统方法中复杂的力平衡构造，使物理效应的添加更为直接。所得方程紧凑，且不同载荷的贡献清晰可分。该框架能精确复现经典重弹性杆方程，并自然兼容硬磁杆模型中的磁能项，为平面杆变形分析提供了清晰且可扩展的结构。
本研究针对稀有事件探测所需的极低本底环境，开发了一种用于有机液体闪烁体的超痕量铀-238和钍-232污染物筛查方法。该方法结合了中子活化分析与放射化学技术，并采用符合能谱测量以最小化干扰本底，最终实现了对铀-238和钍-232分别高达0.65×10⁻¹⁵克/克和2.3×10⁻¹⁵克/克的检测灵敏度，达到世界领先水平。
本研究提出了一种结合可微分不连续伽辽金求解器与神经网络的新框架，用于加速高精度流体模拟。通过神经网络学习修正项，该框架能以低阶计算成本获得高阶求解精度。在一维粘性Burgers方程和二维衰减均匀各向同性湍流的测试中，交互式训练显著提升了模拟的精度与长期稳定性，其中Burgers方程的模拟在计算成本降低8倍的同时，达到了高阶解的精度。
本研究针对高超声速零压力梯度湍流边界层，提出了一种更严格的可压缩变换一致性条件，要求变换后的平均速度梯度能用单一不可压缩模型统一描述。基于高超声速直接数值模拟数据，现有变换方法存在1-25%的误差。团队开发了一种新的前向变换，将变换坐标构造为半局部和积分型基函数的凸组合，其系数建模为摩擦马赫数和壁面热传递率的函数。优化后一致性误差降至1-4%。该变换被嵌入逆向求解框架，能从自由流和壁面条件准确重构可压缩状态的关键参数和速度剖面，为强壁面冷却条件下的高超声速湍流边界层近壁建模提供了物理约束更强的基础。
本研究开发了一种基于光谱峰现象的自由可控光频梳源，通过将光能量集中在与甲烷吸收光谱重叠的梳齿上，显著提升了测量灵敏度。利用非线性环形镜和光纤拉曼放大器，实现了相干保持的功率放大，并通过新型超高分辨率滤波器筛选出单一梳齿模式。演示实验中，使用单个选定梳齿模式测量了高精细度光学腔的衰荡信号，对甲烷2v_3吸收带的测量灵敏度高达4.2×10⁻¹¹ cm⁻¹，比此前报道的基于光频梳的腔衰荡光谱技术高出两个数量级，残差仅为0.29%，展现了该方法在高灵敏度、高分辨率分子光谱分析中的高精度潜力。
本研究通过模拟经颅聚焦超声治疗中的声波传播，比较了粘性与粘弹性模型在预测颅骨声学特性（衰减和相速度）上的差异。研究发现，两种模型均预测衰减随孔隙尺寸增大而增加，但峰值衰减对应的孔隙率不同（粘性模型峰值在20%孔隙率，粘弹性模型在70%）。相速度方面，粘弹性模型对孔隙尺寸变化较不敏感。结果表明，模型选择对从CT图像估计颅骨声学特性至关重要。
受动物尾流冲浪现象启发，本研究通过风洞实验探究了固定翼在二维非定常尾迹中的空气动力变化。结合粒子图像测速技术与力测量，发现冲浪翼的升力响应与流场结构冲击高度同步，且周期平均升力波动可简化为上游扑翼运动的无量纲振幅与频率函数。经典非定常空气动力学理论能有效预测涡流遭遇时的相位分辨升力波动，与实测数据吻合良好。
本研究通过容量扩张模型，模拟了2030年德州ERCOT电网在人口增长与不同脱碳政策下的表现。结果显示，人口增长将推高系统总成本和未满足的电力需求。静态的二氧化碳排放限额因ERCOT预计已达标而影响甚微，但碳定价能有效推动能源结构向可再生能源转型，减少天然气使用。研究强调了在长期规划中考虑人口不确定性以及碳定价作为脱碳机制的有效性。
本文提出了一项系统文献综述方案，旨在全面评估用于水管网络的非侵入式流量监测技术。该综述将遵循Kitchenham方法，重点比较超声波、加速度计等主流技术的测量精度、能耗及在不同工况下的适用性，并分析信号处理与机器学习算法对提升系统性能的作用。其目标是为水资源高效管理与管网漏损检测提供实证依据，并指明未来研究方向。
本研究通过非线性回旋动理学模拟和理论分析，揭示了反剪切阿尔芬本征模的非线性抑制和饱和机制。研究发现，在保持高能粒子动力学线性的条件下，拍频驱动的带状电流会诱发模式频率向下啁啾。这一过程增强了模式向径向传播的电子朗道阻尼动能阿尔芬波的转换，从而增强了模式的耗散，最终导致其被抑制并达到饱和。理论结果与模拟在定性和定量上均吻合良好。
本研究提出了一种利用旋转电子束与固体箔片相互作用，产生偏振可调谐的混合柱矢量伽马射线的新方法。该方法通过操控电子束的初始方位角动量，控制伽马射线相对于横向动量的偏振角，从而产生可调谐的混合柱矢量偏振态。三维自旋分辨粒子模拟显示，偏振角可在(-90°, 90°)范围内连续调谐，且偏振度超过60%。该工作推动了结构化伽马射线的发展，有望为高能物理、核科学和实验室天体物理学开辟新途径。
本研究通过实验验证了磷化铟高电子迁移率晶体管（HEMT）中输出噪声的一种理论来源——实空间转移（RST）机制。研究人员设计了具有相同沟道但不同势垒结构的测试器件，以改变沟道电子的限制势垒，从而影响RST过程，同时保持沟道传输特性不变。实验观测到的噪声温度随物理温度和源漏电压的变化趋势，与RST噪声理论的预测相符，支持了RST是HEMT漏极噪声来源之一的假说。
随着细胞、物种、免疫系统等领域高维数据集的爆炸式增长，理论生物学面临新挑战。本文总结了“高维生物物理学统一理论”研讨会核心讨论，探讨高维度对生物系统描述与预测的影响，并梳理了应对这些海量数据的理论方法与框架，旨在为跨学科研究提供新思路。
本研究提出了一种计算程序，用于评估Nb3Sn/Bi-2212混合超导磁体在强洛伦兹力作用下的临界电流退化。通过使用Ansys APDL中的异质电缆模型，在股线级别对磁体线圈进行建模，并结合实验数据导出的应变相关临界电流定律，模拟了磁体在16T场强下的性能。该方法为评估现有混合磁体导体完整性及优化未来高场混合磁体设计提供了严谨框架。
本研究提出了一种基于变分自编码器的深度学习框架，用于学习和生成结构化聚合物球状构型。模型以距离矩阵为输入，结合卷积层和注意力层，将结构模式编码到具有旋转平移不变性的低维隐空间中。通过生成能力与基于多维标度和短时分子动力学的后处理流程相结合，模型能够恢复具有物理意义的聚合物构型。重建和生成的样本成功复现了能量、尺寸和纠缠度等关键物理观测量。
研究人员开发了一种基于μRWELL气体放大结构的新型PICOSEC探测器原型。该探测器结合了切伦科夫辐射体和光电阴极，旨在为未来高能物理实验提供高精度计时能力。在CERN的初步束流测试中，单通道原型机实现了优于24皮秒的时间分辨率，性能接近已开发的PICOSEC-Micromegas探测器（分辨率<20 ps）。目前正致力于提升其计时性能、鲁棒性和运行稳定性，并考虑开发大型版本用于大规模实验。
本研究在动态自组织细胞模拟系统中识别出称为“模式”的普遍时空结构。通过量化这些模式的结构与动态特征，研究者有效捕捉了底层细胞的相互作用，揭示了大型聚集体中的堆积应变、缺陷及半周期性。利用无监督机器学习划分相空间类别，并训练神经网络从系统快照中推断关键的微观相互作用参数。此外，通过将小模式层次化粗粒化为大模式，发现了可预测细胞集体运动的涌现特征。
研究团队利用AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）生物传感器，对30名胰腺导管腺癌患者和30名健康捐赠者的KRAS G12D蛋白进行了临床试验筛查。结果显示，所有患者的电阻变化率均显著高于健康组的平均值加标准差。该研究验证了HEMT生物传感器在胰腺癌早期检测中的有效性，为基于KRAS G12D蛋白筛查的精准诊断提供了新工具。
本研究探索了将渐变折射率多模光纤作为光学计算单元的非线性光传播过程，量化了其如何利用波导模式处理信息。通过结合模态分解的时空传播模型，评估了多个基准回归与分类任务，并分析了生成散斑的模态内容。研究发现，有效计算被限制在一个低维模态子空间内，其特性取决于具体任务和传播机制，这也在模态丰富度与非线性光束自清洁效应之间建立了权衡关系。