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2016年物理十大突破

2016年物理十大突破

世界顶级科学杂志《物理世界》12日公布了评选出的2016年度物理学领域十大突破,其评判标准包括

  • 研究的基本重要性;
  • 成果的先进程度;
  • 理论与实验的关联性;
  • 物理学界的关注度。

激光干涉引力波天文台(LIGO)团队因“革命性地首次直接探测到引力波”而获得年度突破大奖。

2016年物理十大突破

合并的黑洞辐射出引力波。(© LIGO)

今年2月,LIGO团队宣布,在爱因斯坦预言的100年后,人类首次直接探测到了引力波。该引力波是由13亿光年之外的两个黑洞合并产生,被LIGO位于汉福德和利文斯顿的两台探测器于2015年9月探测到。

《物理世界》编辑Hamish Johnston表示:“LIGO在较短的时间内取得如此成就是非常不可思议的。这一发现也是证明黑洞存在的第一个直接证据,因此LIGO其实是改变了我们对宇宙的认知。”

然而,LIGO探测到引力波只是故事的开始,它真正的贡献是开启了一个新的天文学时代,为基础研究提供了许多可能性。比如通过LIGO可以验证为什么时间旅行也许是不可行的,或检验爱因斯坦的广义相对论的有效性等。

除了引力波的发现,另外9项重大突破包括(排名不分先后):

2016年物理十大突破

量子双模式猫态。(© Michael S Helfenbein)

薛定谔猫:这只猫一直以它即死又活的状态而出名。它是量子叠加态的一个著名例子。所谓的叠加态就是粒子可以同时处于不同的态。一个美法研究团队通过设计两个超导空腔(盒子), 在空腔里可以释放微波(即光子),首次在实验中创建量子双模式猫态(薛定谔猫同时存在于两个盒子之中)。

2016年物理十大突破

离子纠缠器。(© Blakestad/NIST)

离子纠缠:牛津大学和美国NIST的两个研究团队各自独立地将两种不同的离子纠缠在一起,并对其进行测量。这是迈入创造基于离子的量子计算机的重要一步。这样的混合系统的好处在于,不同离子在进行特定的量子计算任务上都有各自的优势。

2016年物理十大突破

艺术描绘的比邻星b的表面,围绕着一颗红矮星——比邻星转。(© ESO/M Kornmesser)

比邻星:天文学家在离太阳系最近一颗恒星(距离太阳4.2光年)比邻星的宜居带发现了一颗岩石行星——比邻星b,大小是地球的1.3倍。理论上,在它的表面可以维持水的存在,甚至有可能拥有大气层。

负折射:科学家首次在石墨烯中观测到电子负折射现象。负折射是一些人造超材料的一个性质,可以用来制造新型光学器件,比如完美透镜。材料中的电子可以表现的像波,负折射也会发生在n型和p型半导体的交界面。

2016年物理十大突破

新型重力仪。(© Giles Hammond)

重力仪:英国格拉斯哥大学的科学家研发出成本相当低并且小巧的重力仪,可以用来精确地测量地球的重力场。由于其敏感度非常高,这个仪器可以用来矿产勘探、土木工程和监测火山活动等。

核子钟:德国科学家探测到钍-229原子核中的低能跃迁,可以用来制作核子钟。相比今天被广泛使用的原子钟,核子钟只关注原子核而不涉及外围的电子,因此核子钟不容易受到外界干扰(比如电场),从而更加的稳定。

2016年物理十大突破

利用Mesolens拍摄的老鼠胚胎。(© Gail McConnell/University of Strathclyde)

神奇的透镜:苏格兰斯特拉斯克莱德的大学的科学家研发出拥有大视场、高分辨率的新型纤维镜头——Mesolens。该设备允许共聚焦显微镜,可以制造大量生物样本的3D图像。在一张图像就可以观测整个样本的能力可以帮助研究许多的生物过程,并确保一些重要的细节不会被忽视。

2016年物理十大突破

真空室,困住钙离子的实验装置。(© Johannes Roßnagel)

最小的发动机:德国美因茨大学的科学家用一个原子建造了一个热机。他们把一个钙离子困在一个漏斗状的陷进中,将温差转换为机械功。

更快的计算:量子计算机的发明无疑会引领一场技术革命,但是为了实现这个目标,科学家还需要克服许多的障碍。今年,奥地利的科学家利用量子计算机成功的模拟了亚原子粒子之间的基本相互作用。

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