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Strange metals and our own personal ‘oxidation fields’

2025/5/22
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AI Deep Dive AI Chapters Transcript
People
N
Nora Zanoni
S
Sarah Crespi
Z
Zach Savitsky
Topics
Zach Savitsky: 我在本期节目中主要介绍了奇怪金属这种特殊的物质状态。首先,我解释了正常金属中电子的导电机制,电子在晶格中移动,碰撞产生电阻,导致能量损耗。然后,我阐述了奇怪金属的独特性质,即在特定温度下,其电阻异常高,电子的行为不再符合传统金属的理论框架。我强调了奇怪金属与超导性的紧密联系,超导性是指某些材料在极低温度下电阻消失的现象。我提到,物理学家们希望在室温条件下实现超导,而研究奇怪金属可能为理解高温超导提供线索。此外,我还介绍了目前物理学家们研究奇怪金属的一些实验方法,例如散粒噪声实验和散射实验,以及理论家们对奇怪金属中电子行为的一些假设,例如“量子汤”的概念和电子纠缠的重要性。最后,我总结了奇怪金属研究对未来超导材料发展的潜在影响。 Sarah Crespi: 我在节目中主要与Zach讨论了奇怪金属和超导性的相关概念。首先,我通过提问引导Zach解释了什么是奇怪金属,以及它与传统金属的不同之处。我强调了超导性在能源传输和交通运输方面的潜在应用,并询问了目前超导技术面临的挑战。然后,我引导Zach解释了奇怪金属与超导性之间的联系,以及研究奇怪金属对实现室温超导的重要性。此外,我还询问了目前物理学家们研究奇怪金属的一些实验方法和理论假设,例如散粒噪声实验、散射实验和“量子汤”的概念。最后,我总结了奇怪金属研究对未来超导材料发展的潜在影响。

Deep Dive

Chapters
Strange metals are materials that defy the conventional understanding of how metals and electricity work. Their resistance is unusually high, even at low temperatures, and they are closely linked to superconductivity. Understanding strange metals is crucial for developing room-temperature superconductors.
  • Strange metals exhibit high resistance, even at low temperatures.
  • Their behavior challenges the conventional model of electricity.
  • They are intimately connected to superconductivity.
  • Understanding them is key to achieving room-temperature superconductors.

Shownotes Transcript

首先,自由撰稿人扎克·萨维茨基加入主持人萨拉·克雷斯皮,讨论奇异金属态。物理学家正在探测这些材料中电子的行为,这些材料似乎表现得像浓稠的汤,而不是离散的带电粒子。许多人怀疑对奇异金属的深入了解可能会导致室温超导体的产生,室温超导体是极受欢迎的材料,有望实现无损能量输送和磁悬浮列车。 几年前,研究员诺拉·扎诺尼来节目中谈论了我们的氧化场:我们身体自然产生的、围绕着我们并与附近化学物质相互作用的高度活泼自由基区域。 现在她又回来了,讨论我们的个人氧化场如何与个人护理产品(例如护手霜)相互作用,以及这些产品最终对我们室内呼吸的空气产生的影响。 扎诺尼目前是意大利国家研究委员会大气科学与气候研究所的博士后研究员。论文的研究工作是在她担任马克斯·普朗克化学研究所博士后科学家时完成的。 本周的节目是在Podigy的帮助下制作的。 关于科学播客 作者:萨拉·克雷斯皮;扎克·萨维茨基 了解更多关于您的广告选择的信息。访问megaphone.fm/adchoices</context> <raw_text>0 本播客由西奈山伊坎医学院赞助,该医学院是美国领先的研究型医学院之一。

该医学院是纽约市西奈山医疗系统下属的学术机构。它始终是美国国立卫生研究院(NIH)资金的主要接受者之一。西奈山伊坎医学院的研究人员在许多对提高患者健康至关重要的领域取得了突破性发现,包括心脏病学、癌症、免疫学、神经科学和人工智能。西奈山伊坎医学院。我们总能找到方法。

这是一档2025年5月22日的科学播客。我是萨拉·克雷斯皮。首先,自由撰稿人扎克·萨维茨基加入我们,讨论奇异金属态。物理学家正在探测这些材料中电子的行为,这些材料似乎表现得像浓稠的汤,而不是离散的带电粒子。

接下来,几年前,研究员诺拉·扎诺尼来节目中谈论了我们的个人氧化场。这些是我们身体自然产生的、围绕着我们并与附近化学物质相互作用的高度活泼自由基区域。现在她又回来了,讨论我们的个人氧化场如何与个人护理产品(例如护手霜)相互作用,以及这两种物质之间的相互作用如何影响我们室内呼吸的空气。

本周的科学新闻,自由科学记者扎克·扎维茨基撰写了关于凝聚态物理学家及其对所谓的奇异金属日益增长的理解的文章。嗨,扎克,欢迎来到播客。嗨,萨拉,很高兴回来。你可能已经注意到我在介绍中没有总结你的故事,我认为这超出了我的能力范围。但我期待着讨论这个话题。我们可以从什么是奇异金属开始吗?要理解什么是奇异金属,我认为我们必须谈谈什么是金属。

金属以及电流的经典理解。因此,当我们想到金属时,我们通常会想到原子晶格。哦,是的,这就是我想象的样子。闪亮的东西。对,对。它可以很容易地沿其传递电流。没错。是的。

我们将电力或电流视为穿过材料的电子。我们经常用水的比喻来思考。电子就像水滴,像河流一样流过这种材料。发生的情况是,当这些水滴彼此碰撞或与材料的晶格碰撞时,它们会引起振动。材料,它们会引起所谓的电阻。

因此,这会使材料升温,我们会损失一些本来会由电流携带的能量。这就是为什么我们每个月都要支付电费的原因。在输送管道中存在所有这些损耗。对。至少对于

目前来说是这样,我们稍后会谈到。因此,奇异金属实际上是一种状态,某些材料可以处于这种状态,在这种状态下,我们通常用来思考金属和电力的这种框架似乎会失效。这与电阻在其中的作用方式有关,对吧?对。

因此,基本上,这些材料在特定温度下的电阻非常高,如果我们将电阻视为单个电子或电子群撞击原子,则电阻率非常高

电子必须在比它们可以反弹的物体更短的距离上反弹。好的,如果你只是根据电子撞击的频率来计算电阻,那么就有更多的原子可以撞击它。对,但我们知道有多少原子。是的,我们知道。是的,好的。电阻变得与材料的密度无关。还有一些其他的事情正在发生。对。

对。那是当你加热它们的时候。但是当你冷却它们时,它们也会做一些奇怪的事情。我们关心奇异金属的真正原因是,它们与这些相同材料可以处于的另一种状态密切相关,这种状态被称为超导性或超导体。现在,我们已经了解超导体很长时间了,超过100年了。这是某些材料的一种奇妙的、神奇的特性,当你将它们冷却到非常低的温度……

基本上,电子流没有任何电阻。理论上,你可以拥有从发电厂到你的家再返回的材料,而不会损失任何能量变成热量。

正如你所能想象的那样,这对于社会和环境目的将非常有用。一切都会非常高效。我们可以将电力从非洲的太阳能场输送到我在印第安纳州的家中。如果这在实践中实现,那将是非常具有未来感的。更不用说它们还具有其他非常疯狂的神奇特性,例如磁悬浮。当你将这些材料放在普通金属之上时,它们会漂浮起来。

你可以将它们推到轨道上方,它们就会在那里悬停。因此你可以用这些材料制造列车。也是无摩擦的旅行。没错。没有任何摩擦。让我们停止有趣的列车,说说超导性的障碍是什么。为什么我们现在不做这件事?因此,当我们最初发现第一批超导体时,向超导状态的转变发生在非常非常低的温度下。它

它发生在绝对零度以上约4摄氏度,绝对零度是宇宙中可能的最低温度。是的。所以现在大约是零下270多摄氏度,对吧?对。是的。多年来,物理学家们已经发现了在越来越高的温度下工作的超导体,但它们仍然需要相当相当冷才能发生这种情况。是的。我们不会为了在全球范围内输送电力或移动列车而这样做。它们需要冷到令人望而却步的程度,才能作为一项有用的技术才有意义。

或者令人望而却步的高压。现在,将它们用作我们基础设施的一部分是没有意义的。是的。让我们谈谈超导体和奇异金属。它们之间有什么关系?因此,凝聚态物理学家的梦想,其中一个重要的梦想,是在环境条件下发现超导性。所以在室温下,在大致室压下。

物理学家在理解超导体在某些情况下的工作原理方面取得了长足的进步。因此,所谓的常规超导性。在这些非常非常冷的材料中,我们实际上知道这种超导性是如何发生的。我们不知道它在更高温度下是如何发生的,即使在我们已经看到的更高温度下也是如此。这些被称为非常规超导体或高温超导体。基本上,有一些想法在流传,但是物理学家们并没有

理解这种特性是如何发生的,因为在这些非常冷的材料中负责超导性的机制根本无法在这些更高的温度下工作。现在,一些物理学家认为,弄清楚这是如何工作的关键在于最初的实验中提供的一个线索,这些实验向我们展示了这种非常规超导性,那就是当你将这些超导体加热到高于其临界温度(低于该温度它们会进入超导状态)一点时,如果你将它们加热到

高于该温度,那么它们就会进入奇异金属相,在这种状态下,电阻率比我们预期的要高得多。如果你把它们加热得太热,它们就会变得非常糟糕,无法移动电子。两者之间存在细微的差别,但存在所谓的奇异金属和所谓的劣质金属。因此,他们实际上也使用这种术语。我喜欢它。这些不寻常的超导体可能与高温下奇异金属中发生的情况有一些共同之处。对。这就是想法。我们知道超导体

奇异金属在低于一定温度时确实表现得像超导体。但是它们不是……当奇异金属表现得像超导体时,它们仍然必须非常冷?总有一个临界温度,低于该温度电阻率会瞬间降至零。奇异金属也经历了同样的转变。只是……

低于这个临界温度,它们是超导体。高于临界温度,它们不是普通金属,而是奇异金属。人们研究的奇异金属的临界温度是多少?它不是室温,对吧?不,不,它远低于室温。

最重要的是,奇异金属中发生的事情可能会让我们深入了解我们都梦寐以求的超导体。这些室温超导体不像早在1911年发现的传统超导体那样。对。这是人们弄清楚奇异金属中正在发生的事情的一个重要动力。除此之外,这些物理学家也关心奇异金属,这个异常的类别似乎暗示着

我们对电力工作原理的普遍理解中的裂缝,对于物理学家来说,这与这项技术有一天可能具有有用的实际应用这一事实无关。这对他们来说是值得追求的事情。绝对的。我的意思是,我觉得电力很久以前就被解决了。所以我很兴奋,毫无疑问。我们可以稍微谈谈是什么让一种金属变得奇异吗?比如它是什么样的材料?它是否像所有相同的原子,或者是否存在某种

晶体,这对它很重要。我们知道什么?这也是一件非常有趣的事情,那就是在过去几年中,他们发现这种材料的行为发生在一个比他们最初预期的范围更广的类别中。所以我们最初在这些铜基材料(称为铜酸盐)中发现了地层

奇异金属行为,这也是我们最初发现高温超导体的地方。但现在物理学家已经看到这种奇异行为发生在十几种不同的材料中,这些材料种类繁多。有一种是用镱铑硅制成的。有一种是由以特定角度扭曲的石墨烯片组成的。这些是

看似彼此毫无关系的材料,这暗示着这是一种非常深刻的普遍行为。让我们谈谈人们正在进行的一些实验。你参观了这些实验室,他们需要一些非常有趣的装置来研究奇异金属中电子发生了什么。物理学家一直致力于试图弄清楚这些材料内部发生了什么。就在几年前,有一个超级有趣的实验

由莱斯大学的一些研究人员和维也纳工业大学的一些研究人员进行。这被称为散粒噪声实验。他们所做的是,他们基本上是用奇异金属制成的导线,并通过它传输电力。所以他们正在通过导线运行电流。然后他们正在倾听

电子通过导线的噪音。如果你在普通材料中这样做,你会期望听到与单个电子通过导线相关的特定特征噪声。你可以想象一下坐在你的车里听着雨声,回到这个水的比喻。如果你正在听雨滴落在屋顶上的滴答声,你可以从你听到的这种噪音中,找出雨滴的大小以及它们出现的频率。

因此,例如,如果你知道在接下来的一个小时内会下一英寸的雨,然后你听到这种噪音,你可以计算出雨滴的大小和频率。现在,在奇异金属中,当他们听到这种噪音时,他们不会听到你期望从雨中听到的滴答声。他们听到的是这种完美的细雾。这几乎就像是一张连续的雨帘,没有任何个别水滴。所以不仅仅是雾,而是……

某种意义上的斑点。没错。这个领域的一个棘手之处在于他们真的不知道如何谈论它。因此,他们经常使用“量子汤”之类的术语来谈论它。将它想象成不可区分的电子质量,至少对我来说,而且我相信对许多其他人来说,都很难理解。就像,它们怎么能移动?但它们也像果冻一样。

所以这就是当你听到导线是奇异金属时的听起来的样子?是的,没错。哦,太有趣了。所以你描述的另一个实验部分是他们试图计算纠缠。有多少电子纠缠在一起?你会怎么做?这是否是人们正在测试的理论中的一个重要组成部分?如果有一种材料,其中电荷

电荷不是由我们习惯的单个粒子(如电子)传输的,而是一种凝聚的量子汤。一些物理学家的自然假设是考虑纠缠,这是量子力学中的一种奇特特性,在这种特性中,即使不同粒子的属性相距甚远,它们也可以相互关联。因此,这实际上会

将粒子分散到不同的位置。这个想法已经存在多年了。人们谈到奇异金属具有非常高的纠缠水平,这意味着这种材料中的许多粒子或电子必须同时彼此纠缠。所以它们正在促进电力的流动,但它们本身并没有流动?它们本身并没有以任何明确的方式存在。好的。就像

它们没有中心身份,因为你永远无法指出并说这里肯定有一个电子。有些实验表明,你甚至无法可靠地测量系统中在任何给定时间有多少电子。好的,但这就是他们试图做的。他们试图计算材料中纠缠了多少电子。他们试图找到一个窗口来观察这种纠缠……

在过去一年中,一些实验主义者和理论家实际上已经找到了探测奇异金属中纠缠的方法。他们进行所谓的散射实验。所以他们就像,如果你认为电荷是这种量子汤,你可以进行类似X射线实验,你向汤中发射粒子,然后观察这些粒子是如何从物体上散射的。是什么发生了偏转,以及是什么导致了偏转?从这些实验中。

他们能够进行一些奇特的数学运算,间接量化系统中必须存在的纠缠。这个提议才出现几年。我认为也许十年前,它首先出现在任何材料中。就在过去一年,这在奇异金属中首次实现。我会尝试向你解释更多我对这个实验的看法,但需要说明的是,这是一个很大的简化,而且它仍然非常超前。但是

有人向我描述说,你可以想象这些实验就像向建筑物发射炮弹。

你正在观察炮弹反射、反弹或在穿过建筑物时略微改变其轨迹的方式,以找出建筑物本身的特性。当你用球击中建筑物时,你会听到它发出的声音,它会在所谓的建筑物的共振频率处发出特征音符。所以它可能会演奏C音符或其他什么。如果建筑物的不同楼层彼此纠缠在一起,那么当你用炮弹击中建筑物时,建筑物演奏的音符与其他情况下的音符不同。这比我想象的要激烈得多。我以为我们会回到水,但我喜欢炮弹。这有点像你可以听到

不同楼层的不同共振频率的叠加或重叠。有人将其描述为所有乐器都在调音时乐团演奏的情况,那只是像一种不和谐的声音。不和谐的声音,是的。对,是的。所以这就是……

描述检测电子纠缠的一种隐喻方式。你走开了,研究人员从这些实验中得出结论说九个?实际上,他们说九个。猜对了。但是,如果有九个纠缠的电子,这意味着什么?这里需要说明的是,这些计算非常难以进行,而且正如我提到的那样,它们非常新。因此

当这些物理学家第一次进行这些计算时,这是一个极其保守的估计。他们告诉我,他们从他们的计算中非常肯定,这种材料中的至少九个粒子,九个电子必须与彼此量子力学地纠缠在一起。他们怀疑实际上同时纠缠的电子数量要多得多。但即使只是表明存在这种现象,它被称为多体纠缠。

纠缠,即多个不同电子同时纠缠,而不仅仅是一对电子,这是值得注意的。这表明纠缠显然是这种行为的一个核心方面。这意味着在非奇异金属中电子的正常流动中不会发生纠缠吗?至少,我们可以假设它不会发生,并且计算结果仍然正确。普通材料中电力工作原理的通用框架是

没有考虑这种纠缠。它实际上并没有考虑电子之间的任何相互作用。数学计算结果是正确的。这适用于铜。如果你只是考虑电子通过铜线,那么忽略电子之间的相互作用是可以的。如果我们关心特殊材料,

材料,物理学家确实关心。如果我们想改进我们的材料,那么我们确实关心这些相互作用。例如,对于超导性,你需要考虑电子之间的相互作用。显然,电子会相互作用,因为它们带负电。它们会相互排斥。对于铜来说,这是一个可以接受的简化。对于超导体来说,这不是一个可以接受的简化。但是他们发现,对于超导体,

他们可以通过将整团电子视为一个更大、更重的粒子(他们称之为准粒子)来简化这种相互作用。好的。当他们这样做时,数学计算结果仍然正确。

但是现在我们正在进入另一个领域,我们说,如果是一团纠缠的电子以汤状斑点的形式移动,那会怎么样?这就是奇异金属的行为。我们正达到这样一个点,即使是准粒子图像也正在崩溃,我们显然需要以一种与以前不同的根本方式来思考电子相互作用。

所以我们谈到了散粒噪声,我们谈到了检测纠缠或计算纠缠。还有其他方法可以让人们解开这个谜团吗?以及我提到的散射问题。哦,那太酷了。是的。这就是实验主义者正在做的。我们必须走到街的另一边,理论家们在那里计算数字并思考这个问题。那么,他们在微观尺度或量子尺度上提出了什么想法呢?

这对理论家来说是一个非常具有挑战性的问题。一位物理学家告诉我,这是我们在凝聚态物理学中遇到的最难的问题。有一段时间,这就是为什么人们没有在这方面取得更多进展的原因,因为他们只是转向了其他问题,因为我们真的不知道从哪里开始研究这种奇异金属。然而,近年来,特别是由于实验的巨大进展,理论家们有了更多可以抓住的东西。因此,他们开始提出可能正在发生的事情的想法。

就在过去几年中,他们的想法在一定程度上趋于一致,从我交谈过的人那里可以看出。他们中的大多数人似乎都同意,当涉及到这些奇异金属时,我们不能用准粒子的方式来思考电力,并且电子之间的纠缠很重要,我们需要将这种电子的量子汤视为携带电荷的东西。这就是他们达成的共识。然而,我们有

创造这种量子汤需要什么,比如这种汤的成分,仍然存在争议。人们的想法五花八门。哦,除了电子还有什么在汤里?或者是什么样的电子?或者是谁贡献了电子?这很重要。这有点像,你如何诱使电子创造这种高度纠缠的汤?是什么微观细节促使它们进入这种状态?

这显然不是它们处于舒适状态,因为电阻率非常高。那么引擎盖下到底发生了什么?好的,关于这些理论我们还应该说些什么?我可以详细介绍一下它们,但说实话,很难理解,尤其是在没有看到图像的情况下。我想让大家关注这篇报道中出现的图表。我认为它们确实有助于巩固我们仅用

文字来谈论的内容,尽管当然,这肉眼是看不到的。我认为视觉隐喻非常有用。所以去看看吧。同意。是的,团队在这方面做得很好。所以我们已经讨论了人们正在进行的实验以及由此产生的理论,你知道,这如何帮助我们解决超导问题?这如何让我们更接近室温超导?这并不完全清楚。我们还没有完全理解奇异金属中正在发生的事情。

我们甚至更远地理解这与高温超导性的联系。然而,这些理论家似乎非常相信,我们需要弄清楚奇异金属状态才能弄清楚超导体状态。他们在奇异金属方面取得的进展无疑将有助于创造这种改变世界的全新材料。因此,一位理论家向我建议,也许高温超导体中发生的事情

与奇异金属中发生的事情在根本上非常相似,也许它也是某种量子汤,也负责超导行为。在常规超导体中,我们理解其工作原理的方式是

电子会通过这种材料激发声波,将两个电子连接成准粒子。这些配对的电子可以无阻力地穿过材料。现在,我们知道,对于这些非常规超导体来说,在更高的温度下,不可能是这些振动导致准粒子的配对发生。长期以来,一个问题是如何形成

这些配对电子的粘合剂?是什么将这些电子粘合在一起?这篇报道中的一位理论家向我建议,也许我们一直都误解了这一点。如果整个东西都是汤,也许我们不需要粘合剂。整个东西都是粘合剂。对。是的,这距离制造能够让你停止支付电费的材料还有很长的路要走,但这也许是前进的一步。谢谢,扎克。你给了我很多思考的东西。

谢谢,萨拉。祝你思考愉快。扎克·萨维茨基是一位专门研究物理科学的科学记者。你可以在science.org/podcast找到我们讨论的故事和一些非常有用的图表链接。敬请关注与诺拉·扎诺尼的对话,内容是关于我们的皮肤如何产生能够改变室内空气化学的活性粒子。

对于我们这些大部分时间都在室内的人来说,例如,如果你是一个普通的美国人或欧洲人,大约90%的时间,室内空气质量实际上可能比室外空气质量更重要。我们周围的化学物质来自我们的家用物品,来自我们自己的身体,在烹饪或清洁过程中,空间会发生巨大的变化。几年前,我们邀请了一位研究人员来节目中谈论我们自己的氧化作用。

氧化场。这是我们周围的一个区域,由我们身体排放的化学物质与臭氧反应产生。现在,诺拉·扎诺尼回来了。

讨论这个个人领域与个人护理产品的相互作用。例如,涂抹乳液如何影响你形成这个领域的能力?嗨,诺拉,欢迎回到节目。嗨,萨拉,感谢你今天的邀请。谢谢。当然。为了回顾我们上次的采访,你检测到了人们周围的氧化场。它来自皮肤或呼吸中的化学物质与臭氧的反应。我们对这个个人领域的影响了解多少?

它有什么作用?它是好的还是坏的?说它是一个领域,似乎它可能会保护你免受某些东西的侵害或保护你。这就是它的作用吗?

如果它是好是坏,我们真的不知道它的净效应是什么,因为发生的情况是,这种OH自由基可以引发室内的一些反应,这些反应不如臭氧引发的反应具有选择性。我们知道臭氧可以从室外渗透到室内,并与室内存在的许多化学物质发生反应。现在我们也有OH,它也在室内与许多化学物质发生反应。

这意味着室内排放的一些化学物质将转化为一些产物。这些产物的整体毒性,我们还不知道。我们知道的是,室内排放的主要化合物将是反应物,并将转化为其他物质。因此,如果主要化合物对我们有害,那么空气中存在更多的氧化剂将有助于

清洁室内空气。但我们不知道这些可能产生的所有产物的毒性。因此,这是一种大型项目的一部分,旨在弄清楚我们居住空间中的所有这些化学物质,以及,你知道,进入室内的物质是如何影响它的,以及我们日常生活中使用的所有化学物质是如何影响它的,以及我们自己的身体是如何作为

空气中化学物质的汇和源。但由于这种氧化场需要我们,我们的皮肤的贡献,如果我们涂抹香水或乳液,它就会发生变化。

让我们谈谈你如何测试这一点。你能带我们去进行这些实验的实验室吗?是的,确实如此。这是一个从2019年开始的大型项目,首先是发现了人体氧化场,然后进行了一项后续实验。测量是在丹麦技术大学的这个设施中进行的。这是一个不锈钢

房间,体积约为22平方米。志愿者坐在房间里。我们有四名年轻的成年人参与了这些实验。在这个项目的第二部分中,我们想要研究的是现实生活中和真实的室内环境中实际存在的不同条件。其中之一是人们使用香水或润肤露时会发生什么。

实验首先是在没有任何臭氧的情况下开始的。基本上,志愿者暴露在清洁空气中。有经过过滤的室外空气,去除颗粒物、挥发性有机化合物和臭氧。我们正在测试没有任何臭氧存在的条件。

首先,自由撰稿人扎克·萨维茨基加入主持人萨拉·克雷斯皮,讨论了奇异金属态。物理学家正在探测这些材料中电子的行为,这些材料似乎表现得像浓汤而不是离散的带电粒子。许多人怀疑对奇异金属的深入了解可能会导致室温超导体的产生,室温超导体是极受欢迎的材料,有望实现无损能量输送和磁悬浮列车。 几年前,研究员诺拉·扎诺尼来节目中谈论了我们的氧化场:我们身体自然产生的、围绕着我们并与附近化学物质相互作用的高度活泼自由基区域。 现在她又回来了,讨论我们个人的氧化场如何与个人护理产品(例如护手霜)相互作用,以及这些产品最终对我们室内呼吸的空气产生的影响。 扎诺尼目前是意大利国家研究委员会大气科学与气候研究所的博士后研究员。这篇论文的工作是在她担任马克斯·普朗克化学研究所博士后科学家时完成的。 本周的节目是在Podigy的帮助下制作的。 关于科学播客 作者:萨拉·克雷斯皮;扎克·萨维茨基 了解更多关于您的广告选择的信息。访问megaphone.fm/adchoices</context> <raw_text>0 因为我们知道臭氧确实可以在室内化学中发挥重要作用。然后是实验的第二部分,我们在里面注射臭氧,我们正在测试臭氧如何与房间里的化学物质发生反应。那么你,你是用宏观镜头吗?

质谱法。是的,是的。我们使用了多种技术。它们都是非常先进的质谱法和气相色谱法,用于测量挥发性有机化合物。但我们也在测量OH反应性。这是一个可以直接测量的指标。在这种情况下,它也是通过使用一种称为比较反应性方法的质谱法来完成的。使用这种仪器,我们可以测量羟基自由基的总损失率。

好的。OH自由基,羟基自由基。一样的。它有,它是一个自由基,一旦它进入,它就会与许多不同的物质发生相互作用。是的,哦,

好的,让我们先谈谈香味。你选择了卡尔文·克莱恩的CK1。是的。我认为很多人都会知道这一点。这款香水已经存在很长时间了。我高中时就记得它,人们穿着它,非常受欢迎。是的,因为我们想要一些流行的、商业上易于找到的、并且被许多人穿着的东西。它也是男女通用的,所以很多人都在穿。

和女人。总的来说,很简单,这么说吧。当然,简单地说,我们无法判断它与其他香水相比有多简单。但我们想要一些柑橘香味。像柠檬或西洋双陆棋?是的,这在香水里很常见。这表明存在柠檬烯,这是一种非常活泼的化合物。所以我们正在寻找类似的东西。我们认为这可能是一个不错的选择。好的。

那么,当一个人穿上这种香水并进入你的超洁净室(无论是否有臭氧)时会发生什么?首先,志愿者在进入房间前五分钟就穿着香水。

他们在进入后我们测量的效果并不那么显著。我的意思是,我们看到了一些差异,但大约只有我们在没有香水的情况下测量的10%。所以我们想看到更多的东西。因此,我们要求志愿者在坐在房间里时喷洒一些香水。在这种情况下,我们看到很多事情发生了。这是因为,当然,香水的成分是不同的。

变化的,但所有这些都稀释在一些溶剂中。对于香水来说,主要使用的溶剂是乙醇。这足以真正看到仪器上的巨大峰值。我们有非常高浓度的乙醇,还有高浓度的萜烯、其他玫瑰化合物。

总体效果完全由溶剂的存在决定。虽然我们预计香水本身会通过与臭氧反应而发挥作用,因为这些分子非常活泼。所以这些化合物具有碳-碳双键。所以我们本来会期望从这些反应中产生大量的OH。

但实际上并非如此,因为总体净效应确实是由溶剂主导的。所以你可以从香水实验中得到的是,乙醇是一种影响场或影响OH存在的主要化学物质。而且这可能无论你谈论的是哪种香水都会发生,对吧?因为它们都含有这种溶剂以及任何气味分子。

是的,基本上任何香水都含有大量的乙醇。如果你有很多乙醇参与,那会对你的氧化场有什么影响?这将被抑制,因为我们通常仍然会通过接触臭氧形成氧化场。但是通过引入香水中的化学物质,我们产生的OH场将立即被抑制。因此,当我们使用香水时,总体的效果是OH浓度降低。

这就是香水本身的净效应。那么让我们谈谈乳液发生了什么。现在,你正在做类似的事情,即人穿着它,有臭氧或没有臭氧。这如何影响人们的氧化感觉?是的,这也很有趣。我们测试的乳液是无香的,所以我们只能看到乳液的化学物质。

在这种情况下,我们的乳液含有亚油酸。亚油酸是许多可在乳液中找到的成分的组成部分。例如,在我们测试的这种乳液中,有乳木果油、油菜籽油。然后我们还有霍霍巴油。含有亚油酸的不同成分。

实际上,亚油酸的含量在这些不同的成分中会发生变化。但总体的效果是在我们的皮肤上引入这种成分。如果我们将其与我们的天然脂质进行比较,那将是,我的意思是,最著名的一种也是研究最多的一种是角鲨烯。它约占我们皮肤脂质成分的20%。

如果我们记得上一篇论文,我们检查了角鲨烯的氧化产物。其中一种产物,如6-MHO,是产生人体氧化场最有效的产物。好的。我只想指出,有人曾经送我一份礼物,那就是你只需要涂在皮肤上的角鲨烯。

但这很好。这很好。所以我们实际上可以自然地形成角鲨烯。而且我们皮肤上角鲨烯的含量也取决于不同的因素。这取决于性别。这取决于年龄。所以我们年龄越大,产生的角鲨烯就越少。那么,如果你用

你乳液中的所有其他东西来代替角鲨烯会发生什么。如果你把它涂抹在你的皮肤上,角鲨烯就不会占主导地位。如果我们观察角鲨烯的化学结构和例如亚油酸的化学结构,我们会看到角鲨烯具有更多的碳-碳双键。

有六个。这是一种三萜烃类分子。而亚油酸,这种分子只有两个碳-碳双键。所以发生的情况是,如果臭氧与皮肤表面发生反应,那么它会发现可用于反应的碳-碳双键较少。该

在我们的皮肤上使用乳液会阻碍碳-碳双键与臭氧反应的可用性。这意味着最终,我们将减少6-MHO的产生,而6-MHO是我们观察到的产生OH场最有效的分子。这就是我们看到的影响之一。我们看到的另一个影响是乳液本身可以释放一些化学物质。例如,我们在使用的乳液中看到的化学物质是苯氧乙醇,

我们发现这种分子存在于许多不同的乳液中,因为它是一种乳液防腐剂。所以它非常能代表我们对现实世界、实际使用的研究。因此,从我们的皮肤中释放出的这种分子的存在将具有与OH反应的作用。

总的来说,我们有两个影响。一个影响是产生的OH较少,因为可与臭氧反应的碳-碳双键较少。另一方面,会释放一些对OH有反应的分子,这会降低OH的浓度。因此,在这种情况下,总体的效果仍然是抑制OH场。是的。

现在,如果我们以某种方式发现OH场对我们有益,并且是我们想要照顾的东西,我们可以设计出有助于它的香水、香氛和乳液吗?我认为这是一个复杂的问题,因为它确实取决于我们所处的室内环境以及香水本身或乳液本身。因为OH场肯定有助于转化主要的释放化学物质。

但仍然取决于该环境中存在什么样的化学物质。- 对,所以这项研究的最终目标是弄清楚在我们环境中起最大作用的是什么?

你希望通过这项工作了解室内环境的哪些方面?通过这项工作,我们的目标是真正地看到,因为我们作为消费者使用了大量的香水和个人护理产品,我们还看到个人护理产品对户外化学有影响。我们想测试这些如何影响室内空气化学和室内空气环境,特别是在OH产生和

OH反应性方面。我们自然产生的这种人体氧化场,是如何受到我们在现实世界场景(如真实的室内)中拥有的其他输入的影响的?是的。但我们不能从这一点中得出结论。停止使用乳液,停止使用香水,停止洗澡。这真的就像我们需要更多地了解我们的化学和室内化学如何相互作用以及个人产品在其中的界面作用一样。是的。

好的,我们不建议人们停止使用乳液。现在还不行,现在还不行。但我认为我们将,好吧,这可能是一个想法,但我认为我们将走向一个香味更少的时代,例如,如果我们作为消费者,我们想购买一些个人护理产品。我们看到市场上更多的是不含香料的产品,例如,为了避免刺激和其他健康问题。

是的。而且似乎你可以将个人氧化场解释为介于你和环境中的任何化学物质之间的东西,并说,好吧,我们将通过它们的氧化反应来解决这些化学物质。但是。

但这真的取决于外面有什么,这对你来说是好是坏。是的,确实如此。所以我们在这里研究的是室内空气化学发生了什么。但在健康影响方面,当然,我们需要了解更多。一个仍然没有得到很好理解的关键因素是所有这些可以在室内找到的化学物质的毒性。

是的,这甚至比找出空间内所有分子更难。它们对你的身体有什么作用?随着时间的推移它有多重要?你必须与多少物质相互作用才能真正影响你的健康?这只是……

这是一个极其复杂的问题。是的,是的。你测量过你自己的个人氧化场吗?我想。我想。我试过一次。发生了什么?实际上,还有一个实验。但是的,我很想知道我的排放是什么。我们开始做一些随机实验,只是为了看看它很有趣。这很有趣。你对自己了解了什么?

我测试自己的时候,实际上,我带着一些毯子和一些正在排放很多东西的家具。所以实际上不是……所以你打不过沙发。是的。所以这是一个有点难以解释的实验。它并没有真正奏效。我的意思是,因为我们测量了更多的排放。虽然超级有趣,但要考虑如何挑选一个人与沙发和毯子。

你能从这个领域看出哪个是哪个吗?当然可以。这真的很酷。谢谢,诺拉。很高兴再次见到你。非常感谢,萨拉。希望再次见到你并与你交谈。诺拉·扎诺尼目前是意大利国家研究委员会大气科学与气候研究所的博士后研究员。这篇论文的工作是在她担任马克斯·普朗克化学研究所博士后科学家时完成的。

你可以在science.org/podcast找到我们讨论的科学进展论文的链接。

这就是本期科学播客的结束。如果您有任何意见或建议,请写信给我们[email protected]。要在播客应用程序中找到我们,请搜索Science Magazine或访问我们的网站science.org/podcast收听。本节目由我萨拉·克雷斯皮和凯文·麦克莱恩编辑。我们得到了Podigy的制作帮助。我们的音乐由杰弗里·库克和温科伊·温创作。

代表Science及其出版商AAAS,感谢您的收听。