自然（20230323出版）一周论文导读

　　编译未玖
　　Nature，23March2023，VOL615，ISSUE7953
　　《自然》2023年3月23日，第615卷，7953期
　　天文学Astronomy
　　AheliumburningwhitedwarfbinaryasasupersoftXraysource
　　氦燃烧白矮星双星可作为超软X射线源
　　作者：J。Greiner，C。Maitra，F。Haberl，R。Willer，J。M。Burgess，N。Langer，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586023057144
　　摘要：
　　Ia型超新星是宇宙距离的指示器，也是宇宙中铁的主要来源，但它们的形成路径仍有争议。几十个超软X射线源（其中一颗白矮星从一颗非简并供体恒星中吸积富氢物质）已被观测到，并被认为是Ia型超新星的前体。
　　然而人们预期的氢在超新星爆炸期间从供体恒星上剥离的观测证据仍然缺乏。30多年前就有人预测，吸积氦的白矮星可避开这个问题，包括它们作为超软X射线源的出现，但迄今为止尚未探测到。
　　研究组报道了一个吸积盘光谱完全由氦主导的超软X射线源，这表明供体恒星不含氢。他们认为明亮的超软X射线因吸积白矮星表面附近氦燃烧产生。
　　该系统的性质为基于氦吸积的钱德拉塞卡质量爆炸扩展路径提供了证据，尤其是在白矮星中以低于目前预期的吸积率稳定燃烧。在这种情况下，人们有望恢复亚高能被称为Iax型超新星的数量，高达所有Ia型超新星总数的30。
　　Abstract：
　　TypeIasupernovaearecosmicdistanceindicators，andthemainsourceofironintheUniverse，buttheirformationpathsarestilldebated。SeveraldozensupersoftXraysources，inwhichawhitedwarfaccreteshydrogenrichmatterfromanondegeneratedonorstar，havebeenobservedandsuggestedasTypeIasupernovaeprogenitors。However，observationalevidenceforhydrogen，whichisexpectedtobestrippedoffthedonorstarduringthesupernovaexplosion，islacking。Heliumaccretingwhitedwarfs，whichwouldcircumventthisproblem，havebeenpredictedformorethan30years，includingtheirappearanceassupersoftXraysources，buthavesofarescapeddetection。HerewereportasupersoftXraysourcewithanaccretiondiskwhoseopticalspectrumiscompletelydominatedbyhelium，suggestingthatthedonorstarishydrogenfree。WeinterprettheluminousandsupersoftXraysasresultingfromheliumburningnearthesurfaceoftheaccretingwhitedwarf。ThepropertiesofoursystemprovideevidenceforextendedpathwaystowardsChandrasekharmassexplosionsbasedonheliumaccretion，inparticularforstableburninginwhitedwarfsatloweraccretionratesthanexpectedsofar。ThismayallowustorecoverthepopulationofthesubenergeticsocalledTypeIaxsupernovae，upto30ofallTypeIasupernovae，withinthisscenario。
　　物理学Physics
　　DiodeeffectinJosephsonjunctionswithasinglemagneticatom
　　单个磁原子约瑟夫森结中的二极管效应
　　作者：MartinaTrahms，LarissaMelischek，JacobF。Steiner，BhartiMahendru，IdanTamir，NilsBogdanoff，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602305743z
　　摘要：
　　电子器件中的电流流动可能与偏置方向不对称，这是二极管效用的一种潜在现象，被称为非互易电荷传输。最近，无耗散电子学的前景刺激了人们对超导二极管的追求，非互易超导器件已在各种非中心对称系统中实现。
　　研究组通过在扫描隧道显微镜中创建原子尺度的PbPb约瑟夫森结来研究微型化的最终极限。由单个Pb原子稳定的原始结表现出迟滞行为，证实了结的高质量，但偏置方向之间没有不对称性。当将单个磁原子嵌入结中时，会出现非互易超电流，其首选方向取决于原子种类。
　　借助理论建模，研究组追踪了超导能隙内电子空穴不对称YuShibaRusinov态流动的准粒子电流的非互易性，并确定了约瑟夫森结中二极管行为的新机制。该研究结果为创造原子级约瑟夫森二极管和通过单原子操作调整其特性开辟了新途径。
　　Abstract：
　　Currentflowinelectronicdevicescanbeasymmetricwithbiasdirection，aphenomenonunderlyingtheutilityofdiodesandknownasnonreciprocalchargetransport。Thepromiseofdissipationlesselectronicshasrecentlystimulatedthequestforsuperconductingdiodes，andnonreciprocalsuperconductingdeviceshavebeenrealizedinvariousnoncentrosymmetricsystems。HereweinvestigatetheultimatelimitsofminiaturizationbycreatingatomicscalePbPbJosephsonjunctionsinascanningtunnellingmicroscope。PristinejunctionsstabilizedbyasinglePbatomexhibithystereticbehaviour，confirmingthehighqualityofthejunctions，butnoasymmetrybetweenthebiasdirections。Nonreciprocalsupercurrentsemergewheninsertingasinglemagneticatomintothejunction，withthepreferreddirectiondependingontheatomicspecies。Aidedbytheoreticalmodelling，wetracethenonreciprocitytoquasiparticlecurrentsflowingbymeansofelectronholeasymmetricYuShibaRusinovstatesinsidethesuperconductingenergygapandidentifyanewmechanismfordiodebehaviourinJosephsonjunctions。OurresultsopennewavenuesforcreatingatomicscaleJosephsondiodesandtuningtheirpropertiesthroughsingleatommanipulation。
　　信息科学InformationScience
　　Densereinforcementlearningforsafetyvalidationofautonomousvehicles
　　密集强化学习助力自动驾驶汽车安全性验证
　　作者：ShuoFeng，HaoweiSun，XintaoYan，HaojieZhu，ZhengxiaZou，ShengyinShen，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586023057322
　　摘要：
　　阻碍自动驾驶汽车开发和部署的一个关键瓶颈是，由于安全关键事件很罕见，在自然驾驶环境中验证其安全性需要高昂的经济和时间成本。
　　研究组开发了一个智能测试环境，其中基于人工智能的后台代理经过训练，以验证自动驾驶汽车在加速模式下的安全性能，而不损失无偏性。从自然驾驶数据中，后台代理通过密集深度强化学习（D2RL）方法学习要执行何种对抗性操作，通过删除非安全关键状态并重新连接关键状态来编辑马尔可夫决策过程，从而使训练数据中的信息密集化。
　　D2RL使神经网络能够从具有安全关键事件的密集信息中学习，并完成传统深度强化学习方法难以解决的任务。研究组通过在增强现实环境下在高速公路和城市测试轨道上测试高度自动化的车辆，并将模拟背景车辆与物理道路基础设施和真实自动驾驶测试车辆相结合，证明了该方法的有效性。
　　研究结果表明，经过D2RL训练的代理可将评估过程加快多个数量级（快103到105倍）。此外，D2RL将实现与其他安全关键自主系统一起加速测试和培训。
　　Abstract：
　　Onecriticalbottleneckthatimpedesthedevelopmentanddeploymentofautonomousvehiclesistheprohibitivelyhigheconomicandtimecostsrequiredtovalidatetheirsafetyinanaturalisticdrivingenvironment，owingtotherarityofsafetycriticalevents。Herewereportthedevelopmentofanintelligenttestingenvironment，whereartificialintelligencebasedbackgroundagentsaretrainedtovalidatethesafetyperformancesofautonomousvehiclesinanacceleratedmode，withoutlossofunbiasedness。Fromnaturalisticdrivingdata，thebackgroundagentslearnwhatadversarialmanoeuvretoexecutethroughadensedeepreinforcementlearning（D2RL）approach，inwhichMarkovdecisionprocessesareeditedbyremovingnonsafetycriticalstatesandreconnectingcriticalonessothattheinformationinthetrainingdataisdensified。D2RLenablesneuralnetworkstolearnfromdensifiedinformationwithsafetycriticaleventsandachievestasksthatareintractablefortraditionaldeepreinforcementlearningapproaches。Wedemonstratetheeffectivenessofourapproachbytestingahighlyautomatedvehicleinbothhighwayandurbantesttrackswithanaugmentedrealityenvironment，combiningsimulatedbackgroundvehicleswithphysicalroadinfrastructureandarealautonomoustestvehicle。OurresultsshowthattheD2RLtrainedagentscanacceleratetheevaluationprocessbymultipleordersofmagnitude（103to105timesfaster）。Inaddition，D2RLwillenableacceleratedtestingandtrainingwithothersafetycriticalautonomoussystems。
　　化学Chemistry
　　Catalyticasymmetricsynthesisofcannabinoidsandmentholfromneral
　　从柠檬醛催化不对称合成大麻素和薄荷醇
　　作者：JoyceA。A。Grimm，HuiZhou，RobertaProperzi，MarkusLeutzsch，GiovanniBistoni，JohannaNienhaus，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586023057479
　　摘要：
　　将天然或合成的柠檬醛选择性转化为（1R，6S）反式异戊醇将使薄荷醇和大麻素的可持续途径得以实现和加速。然而，人们一直认为该反应无法实现，因为其产物对所需酸性催化剂的反应性比原料更强，导致一些副产物生成。
　　研究组表明，一种不对称、强而空间受限的手性酸（即高度氟化的亚胺亚胺二磷酸）能以优异的效率和选择性催化这一过程。将该策略扩展到其他、不饱和醛，可获得此前不易获得的新型大麻素和薄荷醇衍生物。
　　机理研究表明，空间受限催化剂通过将产物以非活性构象结合，阻止其分解，从而完成该反应。研究组还展示了（1R，6S）反式异戊醇如何高效地转化为药用大麻素和薄荷醇，每种策略都是迄今为止最短和最原子经济性的路线。
　　Abstract：
　　Theselectiveconversionofnaturalorsyntheticneralto（1R，6S）transisopiperitenolwouldenableandexpeditesustainableroutestomentholandcannabinoids。However，thisreactionhasbeenconsideredimpossiblebecauseitsproductismorereactivetotherequiredacidcatalyststhanitsstartingmaterial，resultinginseveralsideproducts。Wenowshowthatanunsymmetric，strongandconfinedchiralacid，ahighlyfluorinatediminoimidodiphosphate，catalysesthisprocesswithexcellentefficiencyandselectivity。Expandingthemethodtoother，unsaturatedaldehydescouldenableaccesstonewcannabinoidsandmentholderivativesnotreadilyaccessiblepreviously。Mechanisticstudiessuggestthattheconfinedcatalystaccomplishesthisreactionbybindingtheproductinanunreactiveconformation，therebypreventingitsdecomposition。Wealsoshowhow（1R，6S）transisopiperitenolcanbereadilyconvertedtopharmaceuticallyusefulcannabinoidsandmenthol，eachintheshortestandmostatomeconomicroutessofar。
　　地球科学EarthScience
　　BasinscalereconstructionofeuxiniaandLateDevonianmassextinctions
　　缺氧硫化与晚泥盆纪大灭绝的盆地尺度重建
　　作者：SwapanK。Sahoo，GeoffreyJ。Gilleaudeau，KathleenWilson，BruceHart，BenD。Barnes，TytriceFaison，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586023057162
　　摘要：
　　泥盆纪石炭纪的过渡标志着地表环境的根本转变，主要与海洋大气氧化态的变化有关，这是由于维管陆生植物的持续增殖刺激了水文循环和大陆风化、冰川海面升降、陆表海富营养化和缺氧扩张，以及大规模灭绝事件。
　　研究组展示了整个巴肯页岩（北美威利斯顿盆地）90个岩芯地球化学数据的综合时空汇编。该数据集详细记录了有毒的缺氧硫化水逐步侵入浅海，导致了一系列晚泥盆纪灭绝事件。
　　显生宙的其他灭绝也与浅水缺氧化扩张有关，这表明硫化氢毒性是显生宙生物多样性的关键驱动因素。
　　Abstract：
　　TheDevonianCarboniferoustransitionmarksafundamentalshiftinthesurfaceenvironmentprimarilyrelatedtochangesinoceanatmosphereoxidationstates，resultingfromthecontinuedproliferationofvascularlandplantsthatstimulatedthehydrologicalcycleandcontinentalweathering，glacioeustasy，eutrophicationandanoxicexpansioninepicontinentalseas，andmassextinctionevents。Herewepresentacomprehensivespatialandtemporalcompilationofgeochemicaldatafrom90coresacrosstheentireBakkenShale（WillistonBasin，NorthAmerica）。OurdatasetallowsforthedetaileddocumentationofstepwisetransgressionsoftoxiceuxinicwatersintotheshallowoceansthatdroveaseriesofLateDevonianextinctionevents。OtherPhanerozoicextinctionshavealsobeenrelatedtotheexpansionofshallowwatereuxinia，indicatingthathydrogensulfidetoxicitywasakeydriverofPhanerozoicbiopersity。
　　CoreoriginofseismicvelocityanomaliesatEarth’scoremantleboundary
　　地核地幔边界地震速度异常的地核起源
　　作者：SuyuFu，StellaChariton，VitaliB。PrakapenkaSangHeonShim
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586023057135
　　摘要：
　　地震研究在地核地幔边界（CMB）发现了精细尺度异常，如超低速带（ULVZs）和地核刚性带。ULVZs被归因于地幔相关过程，但对可能的地核起源知之甚少。人们提议用外核轻元素沉淀来解释核心刚性区，但仍不清楚是什么过程导致了这种沉淀。尽管FeSiH对外核很重要，但其在相关压力温度条件下的熔化行为尚未明确。
　　研究组报道了在125GPa和3700K的氢气存在下，通过激光加热的金刚石压砧从Fe9wtSi熔体中观察到B2FeSi结晶。氢极大地增加了B2晶体中Si的浓度，使Si：Fe摩尔比达到1，而Si大部分保留在共存的Fe液中。
　　B2相中的高Si含量使其在最外层地核温度下以固体形式稳定存在，且密度小于周围的液体。因此，富硅晶体可在CMB界面下方形成、漂浮和沉积，这很好地解释了地核侧刚性异常。如果少量FeSi晶体能被地幔吸收，它们将在CMB上方形成致密的低速结构，这可能是一些ULVZs形成的原因。
　　最外层地核H促进的B2FeSi沉淀为CMB的两类异常提供了单一地核驱动来源。这种情况也可用于解释，与沉淀物平衡的物质通过与ULVZ相连的地幔羽流被夹带到最上面地幔后，海洋岛屿玄武岩中的类核钨同位素特征。
　　Abstract：
　　Seismicstudieshavefoundfinescaleanomaliesatthecoremantleboundary（CMB），suchasultralowvelocityzones（ULVZs）andthecorerigidityzone。ULVZshavebeenattributedtomantlerelatedprocesses，butlittleisknownaboutapossiblecoreorigin。Theprecipitationoflightelementsintheoutercorehasbeenproposedtoexplainthecorerigidityzone，butitremainsunclearwhatprocessescanleadtosuchprecipitation。Despiteitsimportancefortheoutercore，themeltingbehaviourofFeSiHatrelevantpressuretemperatureconditionsisnotwellunderstood。HerewereportobservationsofthecrystallizationofB2FeSifromFe9wtSimeltedinthepresenceofhydrogenupto125GPaand3，700Kbyusinglaserheateddiamondanvilcells。HydrogendramaticallyincreasestheSiconcentrationintheB2crystalstoamolarratioofSi：Fe1，whereasitmostlyremainsinthecoexistingFeliquid。ThehighSicontentintheB2phasemakesitstableinasolidformattheoutermostcoretemperaturesandlessdensethanthesurroundingliquids。Consequently，theSirichcrystallitescouldform，floatandbesedimentedtotheundersideoftheCMBinterface，andthatwellexplainsthecoresiderigidityanomalies。IfasmallamountoftheFeSicrystalscanbeincorporatedintothemantle，theywouldformdenselowvelocitystructuresabovetheCMB，whichmayaccountforsomeULVZs。TheB2FeSiprecipitationpromotedbyHintheoutermostcoreprovidesasinglecoredrivenoriginfortwotypesofanomaliesattheCMB。Suchascenariocouldalsoexplainthecoreliketungstenisotopesignaturesinoceanislandbasalts，afterthematerialsequilibratedwiththeprecipitatesareentrainedtotheuppermostmantlebythemantleplumesconnectedtoULVZs。