科学家首次实现缪子电离冷却

科学家首次实现缪子电离冷却向建造缪子对撞机迈出关键一步

科技日报北京2月6日电 (记者刘霞)致力于建造下一代粒子对撞机的科学家迎来好消息!据美国费米实验室网站5日报道,科学家首次观察到缪子(muon)电离冷却,向成功建造缪子对撞机迈出关键一步。即使与升级后的大型强子对撞机(LHC)相比,未来缪子对撞机带来新发现的能力也有望高出10倍。研究发表于5日出版的《自然》杂志上。

为减少缪子团弥散,科学家采用了束流冷却过程,缪子的静止寿命约为2.2微秒,以前的束流冷却方法要花费数小时才能达到效果。但MICE合作组另辟蹊径,实现了冷却目标:他们让缪子穿过用氢化锂或液态氢等材料特殊设计的能量吸收器,达到冷却效果,整个过程一直用强大的超导磁透镜聚焦缪子束。

长期以来,由于缺乏科学系统的儿童青少年健康干预体系,往往是近视、肥胖、超重现象严重了,才进入“亡羊补牢”的状态。

自上世纪30年代以来,科学家利用加速器制造出了质子、电子和离子束,这些粒子束的能量不断增强,几乎应用于各科学领域。

目前,国家体育总局针对青少年标准读、写、坐、卧的姿态做出的规范指导宣传册已经在部分城市学校推广,同时还推出了适合在课间和睡前练习的脊柱操和视力操。今年暑假,全国青少年脊柱与视力健康操线上大赛吸引了21万余家庭、近75万人参与,遍及1.7万多所学校。“参加脊柱锻炼的孩子,71.1%是没有出现视力减退的。”厉彦虎指出,要将防控关口前移,尽可能从源头消除儿童青少年体质健康的隐患。

儿童青少年群体中存在的近视、肥胖、超重等情况令人担心

在儿童青少年群体中高发和早发的不只是近视,肥胖、超重的情况同样令人担心。“在上海,每年暑期减肥训练营的报名者中,六七岁就来减肥的孩子为数不少。”巅峰减重董事长兼首席执行官余安奇表示,目前青少年肥胖有两个趋势,一是肥胖程度越来越高,二是肥胖年龄越来越小。

近10年来,学生体质健康部分指标有回升的势头

“儿童青少年体质健康问题多具有滞后性,小时候体质不佳带来的危害,往往要在成年后才会逐渐显现和发生。”在吴键看来,近视的直接原因是长期近距离用眼,肥胖和超重的直接原因是运动不足,要从根本上消除这两个原因,防控才能取得显著效果。

缪子还可用于研究材料的原子结构、用作核聚变催化剂、透视X射线无法穿透的致密材料等。MICE团队希望他们的新冷却技术也能在这些领域“大显身手”。

1985年,国家多部委首次联合开展大规模全国学生体质与健康调研,按照规划,之后每5年公布一次调研结果。令人震惊的是,反映中国学生体质的一些重要指标曾持续20多年呈下滑趋势。肥胖、超重、近视和体态不良是阻碍孩子健康成长的主要问题。

将防控关口前移,尽可能从源头消除儿童青少年的健康隐患

研究人员称,电离冷却得到的缪子束流可应用于多个方面。比如,将缪子加速到高能状态,然后注入粒子存储环内,并与反向运动的反缪子束发生碰撞;另外,科学家们也可以降低冷缪子的速度,研究其衰变产物;还可以将单束缪子存储在环形跑道中并使其衰变,产生独特而强大的中微子束,为未来的中微子实验提供新发现的机会。

“以前,近视大多集中出现在中学阶段,现在发生时间明显提前。到高三年级,高于600度的高度近视比例已达到21.9%。”首都医科大学附属北京同仁医院副院长、眼科主任魏文斌有些担忧,由于高度近视是致盲性眼病之一,容易导致一系列严重并发症。

儿童青少年在12岁之前,拥有多项身体素质发展的“窗口期”,更是运动促进智力发育的“黄金期”。但当前儿童青少年教育普遍前移,家长早早为孩子安排各种兴趣班、课外班,有的还增加了线上学习。“不能输在起跑线上”的观念,让许多孩子从幼儿园阶段就有了学业负担,本就不多的运动时间难以得到保证。

缪子质量为电子的200倍,寿命相对较短。利用强流质子射击高密度靶标可大量产生缪子。然而,这些缪子主要通过质子打靶得到的次级粒子衰变产生,运动方向四面八方,就像一团弥散的云团。科学家要先将此过程的其他碎片粒子分离出去,然后用一系列磁透镜引导缪子团。当两个这样的弥散束流交叉时,发生碰撞的概率很小。

这样的情况在全国儿童青少年群体中也普遍存在。据每5年公布一次的全国学生体质与健康调研报告显示,学生心肺耐力下降、近视、肥胖和超重等问题依然存在,并呈现早发趋势。“这些问题非一朝一夕形成,原因复杂,解决起来也必然是个长期、系统的过程。”中国教育科学研究院体育卫生艺术教育研究所所长吴键说。

用游戏等方式让孩子动起来,调动孩子兴趣是提升体质的直接抓手。“对肥胖、超重的孩子来说,至少要保证每周3次、每次1小时以上的中低强度全身性的有氧运动。”余安奇推荐,减肥的孩子适合进行游泳、快走、乒乓球等非激烈对抗性的运动,避免跳绳等对膝盖压力大的运动。他提醒家长,给孩子的饮食方面要遵循低糖、低脂肪、高蛋白、高膳食纤维、控总量的“两低两高一控”原则。

国家卫健委去年公布的一组数据显示,2018年全国儿童青少年总体近视率高达53.6%,其中,6岁儿童近视率为14.5%,小学生为36%,初中生为71.6%,高中生为81%。

儿童青少年能否身心强健、茁壮成长,关乎国家的发展和民族的未来。近10年来,在全社会关注下,学生体质健康指标持续下降的态势终于得到遏制。日前,一系列关于深化体教融合、加强学校体育、防控儿童青少年肥胖等的重要文件接连发布,再度引发社会对儿童青少年体质的广泛关注。从小养成良好生活方式,让运动陪伴孩子成长,不仅是破解儿童青少年体质问题的良方,更是筑牢全民健康的一道防线。为此,本版今起推出“让运动陪伴孩子成长”系列报道,敬请关注。

MICE实验由英国帝国理工学院肯尼·朗教授领导,来自美国费米国家实验室等全球多家实验室的科学家参与其中。

埋首在书桌前,做完一套卷子,北京高三学生小林习惯性地推了推眼镜。在班级里,跟她一样佩戴框架眼镜的同学还有不少。在北京每年的中、高考体检异常指标检出率中,除了视力不良外,肥胖、超重、体态不良也排在前几位。

孩子一旦发生近视,平均每年会以50—75度的速度增长,但一些家长对此并不重视。近视防控重点在于早期、日常的风险监控。魏文斌建议,非学习使用电子产品单次不宜超过15分钟,每天累计不超过1小时;通过网络学习30—40分钟后,应该休息或者远眺10分钟,使眼睛得到充分休息;家中的书桌椅应该调整好高度,读书写字的时候保持“三个一”:手离笔尖一寸、眼离书本一尺、胸距书桌一拳。

但“国际缪子电离冷却实验”(MICE)合作组希望制造出一种全新的缪子加速器,继承LHC的“宏愿”,产生能量高10倍的新粒子。实现这一目标面临一个难题:能否充分“挤压”缪子束以达到研究新物理所需的标准。MICE合作组的最新实验清楚表明,电离冷却方法可行,缪子也能被注入很小体积内。

“近视的发生,除了少数遗传因素外,更多和视觉环境及行为有关。”全国综合防控儿童青少年近视专家宣讲团副团长、武汉市青少年视力低下防制(预防控制)中心主任杨莉华直言,快节奏的社会环境和繁重的学业压力成为近视防控的痛点。“孩子没有足够时间运动放松,眼睛长期处于紧张状态就很容易形成近视。”

从2018年教育部等八部门印发《综合防控儿童青少年近视实施方案》,到2020年国家卫健委等六部门印发《儿童青少年肥胖防控实施方案》,相关政策措施不断加码。近10年来,学生体质健康部分指标有回升的势头。

孩子过早接触电子产品,增加用眼负担,也是造成近视低龄化的重要诱因之一。医学界对近视的成因早有研究:一是光线太暗,二是距离太近,三是时间太长。儿童青少年自控力弱,家长又没能及时纠正,不正确的用眼习惯一旦形成,距离戴上眼镜就不远了。

本报记者 孙龙飞 郑 轶

儿童青少年肥胖让高血压、脂肪肝等病症早发,而儿童青少年体态不良增加也让孩子的身姿变得不那么挺拔。国家体育总局运动医学研究所运动健康中心主任厉彦虎在调查中发现,当前不少孩子存在不同程度的脊柱健康问题,身体姿态有问题的也不少,“久坐以及长期形成的不正确坐姿、睡姿容易导致青春期脊柱侧弯。”

任何儿童青少年体质问题都不是孤立的,缺乏锻炼、不良生活方式也对体重、体形产生连锁反应。“现在生活水平提高了,孩子的食欲和口欲往往得到超量满足,饮食结构不均衡,又缺乏运动消耗,一些孩子甚至成了近视、肥胖、体态不良‘多合一’。”余安奇说,大家都知道“管住嘴,迈开腿”,但有多少家长能督促孩子真正做到呢?