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《物理世界》雜志年度十大發現:首張黑洞照片其“影子”居榜首

2019-12-18 10:18:13  來源:新浪科技

北京時間12月18日消息,據國外媒體報道,目前,《物理世界》雜志最新評選出2019年十大發現,其中科學家拍攝黑洞照片排名第一,以下是該媒體評選的2019年十大發現:

1、直接觀測黑洞及其“影子”

圖中顯示距離地球5500萬光年的星系中心,存在一個環繞超大質量黑洞的環形射電輻射,事件視界望遠鏡天文學家首次獲得黑洞事件視界附近圖像,宇宙物質和能量均無法逃脫黑洞的強大引力作用,這是通過全球6個不同地點8個射電望遠鏡觀測的結果。這個黑洞的質量是太陽65億倍,圖中明亮環狀結構是吸積盤中黑洞周圍的氣體和塵埃,它被加熱到數十億攝氏度,從而會發出明亮的無線電波。愛因斯坦廣義相對論預測黑洞有一個“影子”,其半徑大約是黑洞視界半徑3倍,黑洞的影子十分有趣,其大小和形狀主要取決于黑洞的質量,同時也取決于黑洞旋轉速度。

2、神經義肢技術裝置將腦活動轉換為語言

來自哥倫比亞大學祖克曼研究所的Hassan Akbari、Nima Mesgarani,以及加州大學舊金山分校的Edward Chang等人共同開發了一種神經修復裝置,能夠從神經活動中重建語言,該裝置能夠幫助那些不能說話的人群重新獲得與外界交流的能力,受益者包括:癱瘓患者、中風患者。除了在醫學上的應用之外,還可將人類思想直接轉換成語言,這樣可使計算機與大腦直接交流成為現實。

3、首次發現“火震”

美國宇航局“洞察號”火星任務科學家首次發現“火震”信號,該信號是4月6日探測到的,研究人員認為,這種微小震動源自火星內部,而不是火星風或者其他表面現象。與月球一樣,火星沒有構造板塊,因此在地震活動方面比地球更加安靜,研究火星地震學將提供火星內部的重要信息,揭曉該行星是如何形成的。

4、CERN物理學家發現粲夸克的不對稱性

歐洲核子研究中心大型強子對撞機實驗物理學家首次測量粲夸克(charm mesons)的“電荷——宇稱不守恒(CP)”現象,研究人員通過測量D0介子(包含1個粲夸克)和反D0介子與K介子/反K介子對或者介子/反介子對的衰變速率,從而發現“電荷——宇稱不守恒”不對稱性。由于D0介子和反D0介子產生相同的物質,歐洲核子研究中心最大的挑戰是確定是否有某個事件與DO或者反DO介子有關,雖然這一最新測量結果與我們目前對“電荷——宇稱不守恒”現象不對稱性的理解是一致的,但它開啟了尋找標準模型之外的物理學可能性。

5、“小線圈”創造破紀錄的連續磁場

美國佛羅里達州塔拉哈西市國家高磁場實驗室(MagLab)研究員Seungyong Hahn和同事在實驗室建立了有史以來最高的連續磁場,他們使用一個叫做“小線圈”的袖珍、高溫超導磁體制造的連續磁場強度達到45.5特斯拉,相比之下,冰箱磁體只有1特斯拉的1%。這是一種混合動力磁鐵,依靠將一個異常冷的超導體與一個更典型的電磁鐵配對工作,之前實現該狀況需要一個小型建筑管道,以及35噸的機械裝置,但最新設計的“小線圈”超導磁體,只有390克重,看起來有點像用薄金屬片包裹的扁平圓盤,它是由稀土鋇銅氧化物(REBCO)制成,取代了45噸重混合磁鐵中使用的鈮基合金。

6、卡西米爾效應為微小物體創造了“量子陷阱”

美國加州大學伯克利分校的張翔(音譯)和同事首次采用卡西米爾效應(Casimir effect)誘捕微小物體,卡西米爾效應是一種奇特的現象,量子波動可在物體之間產生吸引力和排斥力。張翔和同事使用可協調的卡西米爾效應引力和排斥力組合,在沒有能量輸入的情況下,在黃金和聚四氟乙烯表面之間夾住一小片金箔。測量參與能量捕獲過程的微小作用力是光學計量的一個勝利,并提供了一個機會更好地理解卡西米爾效應如何影響微機械設備的操作,如果這些效應進一步被控制,甚至可能會有涉及捕獲粒子的實際應用。

7、反物質量子干涉法首次亮相

反物質不僅是一種粒子,也是一種波,即使在單個反物質粒子層面上,這種觀點也是成立的。為了證實反物質即是正電子,也是波,物理學家進行了更加復雜的“雙縫實驗”,1927年,“雙縫實驗”首次證實了電子——物質的一種方式,同時證實反物質即是粒子,也是一種波。由于“雙縫實驗”是兩個波重疊但在相對移動時波峰和波谷會相互抵消或疊加,形成一種獨特模型,該實驗類型也稱為“干涉測量法”。今年6月份,意大利和瑞士物理學家找到了如何產生低能量正電子束,可作為“雙縫實驗”中首個反物質量子干涉法。

8、量子計算機性能優于傳統超級計算機

哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)、約翰·馬丁尼斯(John Martinis)以及谷歌AI量子等多家美國研究機構的專家,他們首次實現量子計算機計算運行。事實證明量子計算機比傳統超級計算機進行的計算時間更短,這種量子計算機是由53個可編程超導量子比特組成,大約僅需200秒就能完成一次基準計算,相比之下,這一計算則需要超級計算機運行1萬年才能完成。

9、緊湊型重力探測儀

美國加州大學伯克利分校研究員維多利亞·徐(Victoria Xu)和同事制作一個微型重力探測儀,利用捕獲的原子來測量由于引力起到的局部加速度,這種“量子重力儀”依賴于原子云在太空中首先垂直分離再重新結合時產生的干涉圖樣。大多數重力儀測量的是原子下落時重力對其產生的影響,而最新設計的重力探測儀是將原子懸浮在一個光學陷阱中,在其中原子與引力場相互作用長達20秒時間。這種微型重力探測儀大幅提高了測量靈敏度,從而為地球物理勘探至基本力敏感測試等應用奠定基礎。

10、面向兒童的首款可穿戴式腦磁掃描儀

英國科學家瑞恩·希爾(Ryan Hill)、馬修·布魯克斯(Matthew Brookes)和同事研制一種“自行車頭盔”式腦磁圖掃描儀(MEG),用于測量兒童日常活動中的大腦活躍情況。相比之下,傳統腦磁圖系統通過使用低溫冷卻傳感器測量大腦產生的微弱磁場,該傳感器可以安裝在尺寸適當的所有人頭盔中,但是該頭盔體積較大,對任何頭部運動高度敏感。目前,研究人員在500克重的頭盔上安裝輕型光泵磁力儀,可以適應任何形狀大小的頭部,它可應用于2-5歲看電視的兒童,玩電腦游戲的青少年,以及彈奏尤克里里琴的成年人。(葉傾城)

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