新聞及香港科大故事

由香港科技大學（科大）物理系副教授劉滔教授領導的研究團隊，最近提出了一種探測高頻重力波（high-frequency gravitational waves, HFGWs）的突破性方法，只需利用現時正在運作以及未來建造的天文望遠鏡，便可能在行星磁層中有效地探測高頻重力波。這項研究突破有可能大大提高科學家探測高頻重力波的能力，並促進對早期宇宙和劇烈天文事件的研究。 重力波可由早期宇宙的相變、原始黑洞的碰撞，甚至是高溫粒子的輻射和衰變等事件產生，但重力波效應極其微弱，目前只在相對較低的頻段中利用干涉測量被發現。利用重力波探索天文和宇宙學，仍然非常困難，尤其在1000 赫茲以上的高頻段，干涉測量技術的使用也受到極大限制。 為了解決這個問題，劉滔教授帶領及其博士後研究員張晨博士，與中國科學院高能物理研究所任婧教授合作組成的研究團隊，取得突破性研究結果。研究利用了一個有趣的物理效應，即重力波在磁場中可以轉換為潛在的、可被偵測到的電磁波。若利用行星磁層內的長路徑提高轉換效率，便可產生更多的電磁波訊號。由於這類行星實驗室內信號通量的角分佈廣泛，因此若望遠鏡具有寬視野，探測能力可獲得進一步增強。 這個嶄新概念讓天文望遠鏡化身成重力波訊號的探測器，透過不同天文望遠鏡的合併使用，可以廣泛覆蓋高頻重力波頻率，與天文觀測的電磁波頻率相同（約兆赫茲至10^28赫茲）。這甚至包括很大一部分以前從未探索過的重力波頻段。這項研究對近地軌道衛星探測器，以及木星磁層內正在執行任務的探測器的靈敏度，都進行了初步評估。 這次研究和相關結果已於 3月在《物理評論快報》發表，及後於5月更獲《自然天文學》的重點文章以「以行星大小的實驗室為宇宙學提出新見解（Planet-sized laboratories offer cosmological insights）」為題撰文介紹，強調這項研究對未來研究新型重力波探測技術的重要性。

由香港科技大學（科大）領導的一個國際研究團隊在最近一項研究中發現，人們對科學和宗教的信念主要由他人的話語所塑造，而非由個人的經歷所形成。這項研究將有助於加深公眾理解對氣候變化和疫苗接種等重要社會問題信念形成的過程。 在現代社會，人們普遍更相信科學現象（如氧氣）的存在而非宗教現象（如上帝）的存在，傳統觀點認為這是因為人們認為可以實實在在的體驗到氧氣，而宗教實體則很難被實際觀察到。 由香港科技大學社會科學部研究助理教授馬少聰領導的團隊挑戰了這一傳統觀點。團隊認為，無論是科學認知還是宗教信仰，其主要形成的因素都是由來自他人（如專家或我們周圍的人）的見證或資訊所塑造的，而非個人的親身經驗。 團隊的研究結果强調，他人的言語對人們信仰的形成和對世界的理解具有決定性作用，這與認為親身經驗是形成科學認知的主要因素的觀點恰恰相反。 馬教授說：「雖然個人的親身經歷看似對於我們理解世事有重要影響，但其實我們的理解是深受他人的言語所影響。就像目睹親人患病時，孩子很難自己推測出這是由病毒引致的疾病；相反，他們反而會更相信他人的話，例如父母的教導，以理解其中的因果關係。因此，這一研究成果將有助於找到向公眾傳達科學信息的最有效方式。通過強調科學證據的可信度和共識，有利於更好促進公眾接受科學事實，尤其是在推廣和研究氣候變化等新興科學話題方面。」 她進一步解釋：「這一洞見對於消除誤導、加強公眾對科學問題的理解和支持至關重要，尤其是在應對氣候變化和接種疫苗等問題上。」 研究團隊通過回顧過去幾十年的實證證據，提出了一個新的理論模型，旨在解釋人們為何會相信不可見實體的存在，如科學中的病菌或宗教中的上帝。 是次研究發現，例如即使人們無法用肉眼看到病菌，但仍然相信它們的存在，是因為醫生和科學家告訴人們病菌的存在。同樣，我們推斷人類會因病菌而生病，是通過從他人那裡了解到這一因果關係，而非通過個人觀察認識到這一聯繫。 該模型還論證了信源越可信，認同信息的人越多，人們就越有可能相信它。「如果我們身邊很多人都相信氣候變化是真實的，那麼他們的共識就會加強我們對這些認知的信任度，」馬教授表示。

香港科技大學（科大）工學院的研究團隊成功研發了一種可持續及可控的界面熱傳遞策略，有助提升綠色製冷技術於電子設備、太陽能電池板和建築物等應用中的效能。 面對氣候暖化，全球對製冷技術的需求有增無減，世界各地的科學家一直積極鑽研更有效的節能冷卻技術。與需要消耗能量才能運作的「主動冷卻」系統相比，「被動冷卻」依靠自然過程和建築設計方式來散熱，在不耗能或低耗能的情形下保持舒適的室內溫度。這種環保節能的方式對於實現碳中和目標意義重大，因此引起了研究人員的廣泛興趣。 其中一個新興研究領域是使用金屬有機框架材料進行被動冷卻。金屬有機框架是一種多孔材料，可以吸收空氣中的水氣，用於提升室內空間冷卻應用的能源效率。然而，這些材料中的多孔晶體通常具有較低的熱導率，限制了它的傳熱效率。此外，在被動製冷應用中，這些材料通過吸附水進行製冷，其吸附的水分子進一步降低了其有效熱導率。這種限制令金屬有機框架材料難以透過改變其本徵熱物性以提高其冷卻性能。 為了應對這些困難，全球各地的研究人員將注意力轉向調控多孔晶體與其接觸材料之間的界面熱傳遞。他們利用加工納米結構、表面化學修飾和生長自組裝單分子層等多種界面工程方法，以有效增強界面熱導。然而，合成或製備具有精確原子控制的界面層是一項艱巨的任務，限制了這些方法的潛在應用。 針對這個難題，由科大機械及航空航天工程學系周艷光教授帶領的研究團隊，研發了一種可持續且可控的策略，利用金屬有機框架材料中的水吸附來調控接觸材料與典型多孔晶體之間的界面熱傳遞。通過頻域熱反射測量和分子動力學模擬，他們發現接觸材料與多孔晶體之間的界面熱導由於水分子的吸附，從5.3 MW/m2K提升至37.5 MW/m2K，升幅約7.1倍。同時，他們從其他接觸材料與多孔晶體系統中也觀察到有效的增強效果。

A research paper titled “Highly Efficient Cash Sterilization with Ultrafast and Flexible Joule-Heating Strategy by Laser Patterning” by Prof. Mitch LI (Assistant Professor, Division of Integrative Systems & Design) and his research team, in collaboration with University of Strathclyde, was recently published on Advanced Materials Interfaces, an interdisciplinary journal focusing on applied surface and interface-related research blending of physics, chemistry, materials science, and life science. 

A Research Paper titled “New measurements reveal a large contribution of nitrogenous molecules to ambient organic aerosol” authored by Prof. Jian Zhen YU (Chair Professor, Division of Environment and Sustainability) and her postgraduate research students was recently published on npj Climate and Atmospheric Science, a journal focusing the physical, chemical and biological components of the climate and atmospheric sciences.   

香港科技大學（科大）的研究團隊揭示囊泡在細胞內局部區域進行短距離運輸的機制，為這個生物學家尚未充分認識的領域提供了新方向。 囊泡是一個小的細胞容器，可以執行多種生物功能，包括轉運蛋白質、脂質、以及生物體生存所需的其他物質，並回收廢料。除了使用馬達蛋白進行長距離運輸外，細胞還有在特定區域進行短距離囊泡運輸的需求。 然而，這種短距運輸的確切機制仍待科學家進行研究。 為了應對這項挑戰，一支由科大生命科學部博士研究生裘驊先生及研究資助局博士後研究員吳先登博士所帶領的研究團隊，在科大前生命科學部講座教授張明傑和科大生命科學部教授鄔振國的指導下，聚焦於突觸囊泡（SVs）的研究，成功揭開了短距離運輸的神秘面紗。他們發現，這些與囊泡相關的特定蛋白質的相分離，能夠使囊泡在細胞的不同區域之間以可控的方式移動。 具體而言，一種名為Piccolo的巨型條狀蛋白質，可以響應鈣訊號，從儲備池（reserve pool）提取突觸囊泡，並將它們運送到活躍區域（Active zone）。 他們還發現，另一種名為TFG的蛋白質也透過使用類似的相分離過程，協助囊泡從內質網（ER）運送到內質網-高爾基體中間體。 有見及此，研究結果表明，相分離或是細胞調控囊泡以特定方向短距離運輸的通用方式。 在細胞中，囊泡需要沿著特定方向移動以滿足各種生理需求，細胞不同區域之間的長距離運輸主要依賴細胞骨架和馬達蛋白，而囊泡也需要在細胞中一些比較局部的區域內進行短距離運輸。例如，在高爾基體中，囊泡需要在間隔幾百納米的腔室間快速移動，以進行蛋白質的加工與分選。同樣，在神經細胞末梢，突觸囊泡則需要在數百納米範圍內從儲備區轉運到釋放位點，以控制神經遞質精確釋放。 與長距離囊泡運輸相比，現時人類除了知道這個過程不涉及馬達蛋白外，對細胞如何實現局部的囊泡定向運輸機制所知甚少。因此，此項研究引證了細胞內幫助囊泡在特定方向上進行局部短距離運輸的過程，成果至關重要。 吳博士表示：「我們的研究證明，在無需馬達蛋白的參與下，囊泡的短距離定向運輸可以透過相分離來實現，能在廣泛的細胞生物學領域場景中應用。因此，如何將新的囊泡運輸機制拓展至其他已知的細胞過程中，將會成為重要的未來研究方向。」

香港科技大學（科大）研究團隊發現了羧酶體（一種在部分細菌和藻類中存在的固碳結構）的自組裝原理。此發現可以幫助科學家重新設計和應用這類固碳結構，讓植物將陽光轉化為更多能源，提高光合作用效率，有望可增加全球糧食產量，並減緩全球暖化。  羧酶體是部分細菌和微藻中的細菌微區室，其將特定的固碳酶包裹在由蛋白質構成的外殼中。細菌通過羧酶體進行碳固定，即是將大氣中的二氧化碳轉化為細胞生長所需的有機化合物的過程。科學家一直試圖了解這種複雜的高效固碳體系的自組裝過程。 是次研究由科大海洋科學系曾慶璐副教授帶領，其團隊解析了從名為原綠球藻的海洋藍藻中純化出了最小羧酶體的完整結構。該團隊與中國科學技術大學生命科學與醫學部周叢照教授課題組合作，通過蔗糖密度梯度離心等手段方法，克服了細胞破碎和污染方面其中一個最大的技術難題，成功純化出原綠球藻ɑ-羧酶體樣品，並提出之前研究中尚未觀測到的α-羧酶體完整組裝模型。 當中，研究團隊利用單顆粒冷凍電子顯微鏡分析ɑ-羧酶體的結構，並歸納出其蛋白外殼的組裝模式。該結構為類二十面體形狀三維結構，表面以特定的蛋白質排列而成。研究團隊收集了超過23,400張由科大生物冷凍電鏡中心顯微鏡拍攝的圖像，並手動挑選了約32,000個完整的ɑ-羧酶體顆粒進行分析，得出ɑ-羧酶體的直徑約為86 nm，是目前已知尺寸最小的羧酶體。研究發現RuBisCO酶在羧酶體內部有序排列形成三層環狀結構，支架蛋白CsoS2通過中間域結合在外殼內表面，並在外殼內部形成多價相互作用網絡交聯RuBisCO酶，從而精準調控ɑ-羧酶體的組裝。 植物合成生物學是羧酶體最有前景的應用領域之一。將羧酶體引入植物葉綠體發揮其CO2濃縮機制，可有望提高植物光合作用效率和農作物產量。 曾教授表示：「我們的研究揭開了原綠球藻羧酶體自組裝的神秘面紗，為全球碳循環提供了新見解。這些發現對減緩全球暖化亦很重要，因為海洋藍藻可固定全球約25%的二氧化碳，我們對海洋藍藻高效固碳機制的研究將有利於進一步提高其固碳效率，從而去除更多大氣中的二氧化碳。」

由香港科技大學（科大）領導、多所大學共同參與的「香港生成式人工智能研發中心」（HKGAI）於「香港國際創科展2024」中，首次向公眾展示一系列人工智能科研項目及開發成果。獲香港特區政府的InnoHK創新香港研發平台資助下，HKGAI已開八個人工智能研究項目，為法律、醫療和創意等不同界別，度身訂造基礎模型，貢獻香港以及其他粵港澳大灣區的城市。HKGAI在「香港國際創科展2024」上首度展示了十項生成式人工智能服務和應用，讓參觀者可親身體驗創新科技。這十項服務和應用均透過HKGAI自主開發的模型而製作，包括：「專家諮詢服務機器人」：能實時讓用戶獲得法律顧問、導遊等各行各業的的資訊；「跨越時空的相遇」：讓公眾上載一張照片後，即可自動生成動畫及合成照片；「AI火眼金睛，讓深度偽造無處遁形」：一個利用深度鑒偽技術，即時分辨圖片真偽的軟件；「芳華再現」：讓昔日傳奇巨星重生，演繹當代新曲；「人工智能將故事秒變視頻」：輸入句子即可轉化成高清影片的文字影片頻轉換技術；「三維圖像內容生成」：能將平面圖轉化成人工智能製作的高清3D圖像的三維模型生成技術；「未來寫作助手」：可輔助日常所有文書工作、提升工作效率的；人工智能繪製《未來千里大灣區》：由人工智能創作的粵港澳大灣區11座城市之貌；「我AI唱歌」應用程式：讓公眾上載聲音樣本後，即可以自己的聲線演繹不同歌曲；「智能照片日記」：由人工智能技術分析日常照片，並根據影像內容及情緒，自動生成為日記本身是人工智能領域的國際權威學者、科大首席副校長兼HKGAI中心主任郭毅可教授表示：「HKGAI首個自主訓練的基礎大模型已初步完成，該大模型支援中文和英語，是本地首個自主研發的基礎大模型，為香港開創人工智能創新的新里程。」