塵埃團遮蔽導致參宿四大變暗

紅超巨星是恒星最常見的最終演化階段，其初始質量是太陽的8~35倍。在這個大約持續(xù)10萬年的階段中，紅超巨星會經歷巨大的質量損失。質量損失可能會影響紅超巨星的演化路徑、坍縮和未來的超新星光曲線，以及它最終成為中子星或黑洞的命運。然而，這種質量損失的機制尚不清楚。

2019年11月至2020年3月，距離地球第二近的紅超巨星參宿四（距地球約724光年）的可見亮度經歷了有史以來的大變暗。它的視星等通常在0.1到1.0之間，2020年2月7日至13日降到1.614±0.008，這一事件被稱為參宿四大變暗。

研究組報告了高角度分辨率的觀測結果，顯示參宿四南半球在其大變暗期間的可見光譜比平常暗10倍。觀測和模型支持這樣一種情況：由于光球層上出現的冷斑局部溫度下降，近期在恒星附近形成了一個塵埃團。

參宿四的直接成像亮度變化是在數周時間尺度上演化的。研究組的發(fā)現表明，紅超巨星質量損失的一部分很不均勻，并與一個反差極大且變化迅速的光球層有關。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03546-8

超導量子比特相關電荷噪聲和弛豫誤差

構建量子計算機的核心挑戰(zhàn)是糾錯。與只易受一種誤差影響的經典比特不同，量子比特易受兩種誤差的影響，對應于在X和Z方向上量子比特狀態(tài)的翻轉。

盡管海森堡測不準原理排除了對單個量子比特同時監(jiān)測X和Z翻轉的可能性，但只要錯誤率較低，就有可能在糾纏量子比特的大型陣列中對量子信息進行編碼，從而準確監(jiān)測系統(tǒng)中的所有錯誤。另一個關鍵要求是錯誤不能相互關聯。

研究組描述了一個超導多量子比特電路，并發(fā)現芯片中的電荷噪聲在超過600微米的長度尺度時高度相關；此外，離散電荷躍遷伴隨著毫米級芯片中量子比特能量弛豫時間的強烈瞬態(tài)減少。

由此產生的相關誤差是因為充電事件和聲子介導的準粒子產生，二者與量子比特襯底中γ—射線和宇宙射線介子的吸收有關。穩(wěn)健的量子誤差校正需要制定緩解策略，以保護多量子比特陣列免受粒子碰撞引起的相關誤差的影響。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03557-5

手性磁鐵費米面上對稱性保證的拓撲節(jié)面

盡管最近人們努力利用具有非平凡拓撲性質的材料來推進自旋電子學器件和量子信息技術的發(fā)展，但仍有3個關鍵難題尚未解決。

首先，確定通常而非偶然位于費米能級的拓撲帶簡并；其次，能夠較易控制這種拓撲簡并；最后，確定大型多片費米面（FS）的拓撲簡并。

通過將德哈斯—范阿爾芬光譜學與密度泛函理論和能帶拓撲計算相結合，研究組證明手性鐵磁性硅化錳（MnSi）中的非點式對稱產生了節(jié)面（NPs），這使得在NPs與FS交界處的拓撲保護層（TPs）具有較大的貝里曲率，且與FS的復雜性無關。

研究組預測，這些TPs將具有相當大的費米弧，這取決于磁化的方向。通過推導拓撲NPs的對稱性條件，研究組發(fā)現1651個磁空間群由7個灰色群和26個具有拓撲NPs的黑白群組成，其中包括鐵磁性MnSi的空間群。因此，在MnSi的FS上識別出可由磁場控制的對稱性保證的TPs，這表明在大量材料中存在類似性質，可用于技術開發(fā)。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03543-x

非常年性河流和溪流的全球普遍率

流動水在支持全球生物多樣性、生物地球化學循環(huán)和人類社會方面具有獨一無二的作用。盡管長期水道的重要性已得到公認，但周期性停止流動的非常年性河流和溪流的普遍性、價值和命運往往被忽視，或者趨于忽視。這種疏忽導致數百萬人的主要水源和生計退化。

研究組預測，世界上51%~60%的河流（按長度計算）每年至少有1天停流，這表明非常年性河流和溪流是地球規(guī)律，而非例外。利用地球河流網絡的水文、氣候、地質和周圍土地覆蓋的全球信息，研究組證實，非常年性河流出現在每個大洲的所有氣候和生物群落中。

研究組的發(fā)現挑戰(zhàn)了支撐跨學科的基本河流概念假設。為了理解和充分管理世界上的流動水域及其生物多樣性和功能完整性，需要向一種包括間歇性流動的新河流概念模型轉變。

通過繪制非常年性河流和溪流的分布圖，研究組在解決淡水科學這一重大挑戰(zhàn)上邁出了第一步。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03565-5

(未玖編譯）