2023年,有哪些重要的物理学发现?最近,英国物理学会旗下的科学新闻媒体《物理世界》(Physics World)编辑团队筛选了今年上千项发布在杂志、网站上的科学研究,最终评选出了今年十大科学突破,涉及天文学、医学物理、量子科学和原子物理等多个领域。
评选标准除了《物理世界》在2023年有过报道之外,最主要侧重三点:1. 重大科学理论进展;2. 对理论进展和/或现实应用具有重要意义的科学工作;3. 《物理世界》读者普遍很感兴趣的科学进展。
以下就是《物理世界》评选的2023年度十大突破(按在杂志网站上发布的时间排序)。
01 在活体组织中创造电极。一种复杂的结合:在微电路上测试可注射凝胶。瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学的合作者研发了一种直接在活体组织内创造电路的方法。将神经组织同电子设备结合起来是研究神经系统复杂电信号的一个新方向,我们也可以借助这种方式调节神经回路治疗疾病。
02 利用中微子研究质子结构。美国罗切斯特大学和加拿大约克大学蔡特金和他在费米实验室MINERvA小组中的合作者展示了如何从塑料靶散射的中微子中收集有关质子内部结构的信息。中微子是一种亚原子粒子,最出名的特征就是很少与物质发生相互作用。
03 在玻色爱因斯坦凝聚(BEC)中模拟宇宙膨胀。德国海德堡大学西莉亚·威尔曼、马库斯·奥贝撒勒,德国耶拿大学斯特藩·弗莱尔欣格和他们在西班牙马德里康普顿斯大学、德国波鸿鲁尔大学和比利时布鲁塞尔自由大学的合作者利用一种玻色爱因斯坦凝聚(BEC)系统模拟宇宙膨胀以及其中的量子场。
04 时间双缝。伦敦帝国学院的罗曼·蒂罗尔和里卡多·萨皮恩扎及其合作者完成了时间维度上的杨氏双缝干涉实验。19世纪,托马斯·杨的光波干涉实验是物理学史上最有标志性的实验之一,并且在基础层面提供了对光的波动理论的支持。
05 数字桥帮助遭受脊髓损伤的患者再度自然行走。瑞士联邦理工学院的格雷戈尔·库尔蒂纳,EPFL、洛桑大学医院的约瑟琳·布洛赫,CEA-Leti’s Clinatec的纪尧姆·夏尔维以及合作者开发了一种连接大脑和脊髓的“数字桥”,使得瘫痪病人能重新站立并行走。
06 大规模量子网络的基本构件。奥地利因斯布鲁克大学本·兰扬以及其在本校和法国巴黎-萨克雷大学的合作者构筑了一种量子中继器,并且借助它通过标准电信光纤实现跨50千米的量子信息传输,进而实现了在单个系统中囊括长距离量子网络的所有关键功能。
07 第一张单原子X射线图像。美国阿贡国家实验室Saw Wai Hla,沃尔克尔·罗斯及其合作者利用同步加速X射线拍摄了单个原子图像。这项技术可以在材料设计中得到应用,并且也能在环境科学中发挥作用,比如大大提升追踪有毒物质的能力。
08 早期星系改变宇宙的确凿证据。EIGER合作团队使用詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)找到了证明早期星系引发早期宇宙再电离的有力证据。再电离发生在大爆炸之后大约10亿年,主要是指氢气的离子化。
09 材料中的超音速裂纹。以色列耶路撒冷希伯来大学的王萌、石松林和杰伊·芬恩伯格发现某些材料中的裂纹可以以超过声速的速度扩散。这个结果与此前基于经典理论的实验结果和理论预测相悖。
10 反物质不会违反引力效应。Alpha合作组织证明反物质回应引力的方式与正常物质非常相似。物理学家使用欧洲核子研究中心(CERN)的ALPHA-g实验装置第一次直接观测到了下落中的反物质原子。