物理学重大突破新闻 2019年物理学有哪些重大突破？

物理世界十大突破奖

在2019年取得的诸多科学进步中，《物理世界》杂志评选出10项突破。这些进展包括拍摄黑洞的第一张照片，谷歌发布量子计算芯片，以及检测电荷宇称对称性破坏。

1.第一张黑洞照片

第一张黑洞照片| EHT合作

照片中的黑洞距离地球5500万光年，位于遥远的处女座A星系中心，质量是太阳的65亿倍。亮环是黑洞吸积盘周围的气体和尘埃，被加热到数十亿度，发出无线电波段的强光。在黑洞周围，强大的引力使物质和能量无法逃逸。

事件视界望远镜是由分布在世界六个不同地方的几个射电望远镜组成的，它的孔径有整个地球的直径那么大。他们一起拍了黑洞的第一张照片，这本身就是工程学上的突破。

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2.神经修复装置可以将大脑活动转化为语言

语音刺激大脑听觉通路中的神经活动，科学家可以据此重构原始语音。

科学家开发了一种神经修复装置，可以根据神经活动重建语音。对于不能说话的人，如瘫痪患者、中风患者，这种神经修复装置可以帮助他们重新获得与外界交流的能力。除了医学应用之外，将自己的思想直接翻译成语言也为实现计算机与大脑的直接交流提供了一种新的方法。

3.首次探测到了火星地震

“洞察”火星探测器| NASA

2019年4月6日，“洞察”火星探测器首次探测到“火星地震”。科学家认为，这次微小的恒星地震起源于火星内部，而不是由风或火星表面的其他现象引起的。如今，除了地球，人类探测到恒星地震活动的行星还有火星和月球。而且火星和月球一样，没有构造板块，所以就恒星地震活动而言，预计它会比地球安静得多。对火星地震的研究可以为我们提供关于火星内部结构及其形成的重要信息。

4.晶粒中发现阴极保护对称性破坏

D0介子和反D0介子衰变速率的差异证明了电荷宇称对称性的破坏。| CERN

在欧洲粒子物理研究所(CERN)进行LHCb实验的物理学家第一次测量了介子中电荷宇称对称性的破坏。研究小组通过测量D0介子和反D0介子的衰变率之差变成一对K介子/反K介子或者一对π介子/反π介子，发现了电荷宇称对称性的破坏。既然D0介子和反D0介子的衰变会产生相同的物质，那么LHCb团队面临的最大挑战就是确定衰变事件是与D0有关还是与反D0有关。尽管这一最新的测量结果与我们目前对电荷宇称对称性破缺的理解一致，但它开启了在标准模型之外发现物理的可能性。

5.“小电感线圈”创造了破纪录的连续磁场

高温超导体的磁体，被称为“大小感应线圈”，只有纸卷那么大。斯蒂芬·比伦基/国家医学实验室

国家强磁场实验室的Seungyong Hahn和他的同事创造了实验室有史以来最强的连续磁场。他们使用了一种被称为“小电感线圈和大电感线圈”的紧凑型高温超导体磁体，创造了45.5吨的磁场强度记录。以前，磁场强度的最高记录是45吨，这是由一个重达35吨的磁体创造的，而MagLab的设备只有390克。在设计磁体时，实验者原本期望获得更高的磁场，但磁体在运行过程中受损。这一突破可用于改善高磁场磁体的一系列应用，包括医学磁共振成像、粒子加速器和聚变设备。

6.卡西米尔效应为微小物体创造了“量子陷阱”

一小块金箔在吸引和排斥的平衡点是稳定的。|理科(2019)。DOI: 10.1126/science.aax0916

加州大学伯克利分校的张翔实验室首次实现了利用卡西米尔效应捕捉微小物体。卡西米尔效应是一种奇怪的现象，它是由电磁场的真空涨落引起的。当两块平行的金属板足够靠近时，真空中的一些电磁波会被挤出，导致周围的能量高于金属板之间的能量，推动金属板彼此靠近，所以卡西米尔效应通常是一种吸引力。但是，通过用特氟龙薄膜覆盖金属板，可以实现吸引力和排斥力的可调组合，并且在没有能量输入的情况下，小块金箔可以稳定地位于两个板之间的吸引力和排斥力的平衡点。

捕获过程中微小力的测量对光学计量有很高的要求，这使得人们能够更好地理解卡西米尔力是如何影响微机械设备的运行的。如果我们能够进一步控制卡西尔力，我们甚至可以在实际应用中使用捕获的粒子。

7、反物质量子干涉技术

实验设备；单电子衍射图。|意大利米兰理工大学

正电子与激光的量子干涉和引力合作项目首次利用反物质进行双缝干涉实验。实验者向周期性放大的双光栅Talbot-Lau干涉仪发送一束正电子，发现这些反粒子的行为类似阿波罗，会发生量子干涉。他们还观察到正电子的衍射图样会随着正电子束能量的变化而变化。这一突破可能会导致更多的实验来发现物质和反物质的量子属性之间的差异。

8.量子计算机的性能超过了传统的超级计算机

谷歌量子计算芯片。| NTRS/美国航天局

Google Quantum AI团队发布了一款由53个可编程超导量子位组成的量子芯片。对于一些具体问题，量子计算机具有明显的“量子优势”，计算时间比传统计算机短得多。使用这种芯片，量子计算机在一个实例上执行一百万次计算大约需要200秒，而传统的超级计算机完成同样的任务大约需要10000年。虽然批评家说超级计算机的实际计算时间只需要2.5天左右，但量子计算机在这方面还是有明显优势的。

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9.利用原子俘获干涉测量微重力

在地球引力场中，激光产生的驻波使原子在空之间处于分离的量子叠加态。莎拉·戴维斯

加州大学伯克利分校的科学家创造了一种新方法，利用捕获的原子测量重力引起的局部加速度。原子先在空垂直分离，然后再复合，会产生干涉图样。基于此，他们设计了“量子重力仪”。大多数重力仪测量落在空之间的原子的引力效应，但这种装置允许原子在光阱中盘旋，并与引力场相互作用长达20秒。这种方法提高了测量的灵敏度，为从地球物理勘探到基本力测量的许多应用铺平了道路。

10.发明一种可穿戴的儿童脑磁图扫描仪

一个两岁的孩子正在使用一种新的“自行车头盔”脑磁图扫描仪。|丽贝卡·斯莱特

科学家开发了一种便携式“自行车头盔”式脑磁图扫描仪，用于测量儿童在日常锻炼中的大脑活动。传统的脑磁图系统使用安装在固定尺寸头盔中的低温冷却器传感器来测量大脑产生的微小磁场，大脑体积庞大，对任何头部运动都高度敏感。新头盔使用轻型光泵磁力计，重量只有500克，可以适应任何头部形状或大小。这个扫描仪已经用于一个两岁的孩子，一个五岁的孩子看电视，一个青少年玩电脑游戏，一个成年人玩尤克里里。

本文转载自微信官方账号中的微信“IOP出版社”，经授权，由“回园”修改两次。

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