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澳门威斯尼斯人娱乐网两院院士评十大科技进展

发布时间:2019-10-03 05:13编辑:生命科学浏览(166)

    两院院士评十大科技进展新闻的其他提名条目
    (按报道时间先后为序)

    2018年十大国际科技新闻解读

    国内:

    澳门威斯尼斯人娱乐网 1

    物联网核心技术取得重大突破▲▲ 复旦大学信息科学与工程学院研究物联网和智能物品的核心技术——柔性有机薄膜晶体管获得重大进展,首次揭示了影响其性能稳定性的作用机制,突破了该技术大规模生产应用中的关键瓶颈。论文发表在《自然—通讯》上。OTFT拥有可弯、伸展和折叠,生产成本低廉且无污染等优点,有广泛应用前景。然而,其运行的稳定性问题仍亟待破解。科研团队发现,OTFT在不同材料和载体中运行时,影响其稳定性的来源却有共性,就是空气中大量存在的水分子和氧气分子。大气环境下,这两种分子会与OTFT发生直接接触,产生水氧电化学反应,阻碍器件正常工作。复旦科研团队的阐释获得了广泛共识。

    基因剪刀

    摩擦纳米发电机取得重要进展▲▲ 中科院北京纳米能源与系统所王中林领导的研究小组在摩擦纳米发电机方面取得重要进展。其一,首次实现利用摩擦效应的高效能声音发电,成果发表于《ACS纳米》。他们将镀有金属电极的聚四氟乙烯膜和具有孔洞结构的金属电极膜贴合在一起,构成摩擦电纳米发电机,然后将其用于声转换敏感单元。实验结果表明,声音驱动的摩擦电纳米发电机可以同时点亮20个LED灯。其二,成功利用呼吸能量驱动心脏起搏器,成果发表于《先进材料》。他们研制了可植入式的自驱动能源系统,该系统包括可植入摩擦纳米发电机和能量转换存储装置两部分。自驱动能源系统植入大鼠体内后,成功收集并转化大鼠多个呼吸运动部位所产生的能量,以电能的形式储存起来,并能够驱动一个外接的心脏起搏器原型机工作。根据理论计算,如果用到人体,仅通过呼吸就能够驱动心脏起搏器正常工作。

    使用CRISPR基因调控技术直接操纵细胞基因组,研究人员将老鼠的皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。

    首台液态金属个人电子电路打印机问世▲▲ 中国科学院理化技术研究所研究员刘静带领的科研团队在印刷电子学领域取得技术突破,研发出世界首台全自动液态金属个人电子电路打印机。相关研究成果发表于《自然—科学报告》。该团队首次建立了一种全新原理的室温液态金属打印方法,解决了金属墨水表面张力高、难以平稳驱动的难题。其中的印刷失稳机理也得以初步揭示,所获得的打印精度和质量已能满足大多数印刷电路板的要求。液态金属打印机的发明和问世,在技术理念上改变了传统模式,打破了个人电子制造的技术瓶颈,让极低成本下快速、随意地制作电子电路成为现实。目前,该团队研发的面向个人终端用户的打印设备即将进入市场。

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    高精度定位服务系统“羲和”投入应用▲▲ 科技部国家遥感中心4月25日宣布,我国自主研发的高精度定位服务系统“羲和”当日正式播发信号,这将进一步提升我国卫星导航系统的服务能力,加速北斗导航的产业化。 “羲和”系统是基于已有的卫星导航系统和移动通信技术,为用户提供范围更广、精度更高的定位服务系统,能够有效识别、对接不同的卫星导航系统,尤其将强化我国北斗卫星导航系统的服务能力,拓宽其应用范围。该系统向社会各界提供自主知识产权的高精度室内外定位信号,并支持相关芯片、模块、终端及关键设备的研制生产。“羲和”系统在北京、天津、上海等地取得了良好的应用示范效果,在物联网、交通运输、节能环保等领域应用前景巨大。

    曲面加速光束

    发现世界首例五重双稳态分子铁电体材料▲▲ 东南大学化学化工学院熊仁根团队张毅博士等研究发现,咪唑高碘酸盐化合物随着温度变化在介电、压电、二阶非线性和电—机械耦合等物理特性方面都表现出了明显的双稳态特征。这种具有五重双稳态特性的分子材料比此前报道的具有三重双稳态特性的非铁电分子材料多两个物理通道,属世界首例。据介绍,双稳态是材料的物理性质在一定的外界条件下处于两种或多种稳定状态,且能在热、电、磁、光、压力等外界微扰条件下完成不同状态之间的转换。它们在分子开关、传感器材料、信息存储和记忆材料等领域有广阔的应用前景。研究成果发表在《先进材料》上。

    美国和以色列科研团队实现了光束轨迹偏移。此实验可用于模拟广义相对论现象。

    铁基超导线带材传输电流首次突破实用化门槛▲▲ 中国科学院电工研究所在铁基超导材料的实用化研究中取得重大突破,在国际上首次研制出临界传输电流超过10万安培每平方厘米(4.2 K, 10 T)的Sr-122型铁基超导线带材,标志着我国在这一领域率先迈入了实用化门槛。铁基超导体较之于其他超导体具有极高的上临界场,在核磁共振成像、核磁共振谱仪及高场超导磁体等医疗、科技、能源领域的应用有独特的优势,而提高这类超导材料的临界电流是实现其应用的关键。该所经过多年的科技攻关和技术积累,通过对超导线内部微观结构的调控和高质量超导相的优化,最终实现了传输电流从零到万的飞跃,这一成果将为超导产业的发展注入新的活力。

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    首块八英寸IGBT芯片下线并成功应用▲▲ 6月20日,中国南车宣布由其自主设计建造的国内首条、世界第二条8英寸IGBT专业芯片生产线全面建成并即将投产。这标志着我国大功率电力电子技术的研制和产业化取得重大突破。中国南车集合上百位专家,攻克了30多项重大难题,建立起完整的IGBT规模化、专业化生产工艺体系。由中国南车株洲所研制的IGBT芯片,可在数千伏高压下、约1秒时间内实现数万次电流开关动作,将风能、太阳能等不稳定的能源输入转换为稳定的电流输出。首批8英寸IGBT芯片模块,已在昆明地铁车辆段完成段内调试并稳定运行1万公里。这标志着我国已彻底打破国外高端IGBT技术垄断,实现从研发、制造到应用的完全国产化。

    幽灵粒子

    发现冠状动脉新起源▲▲ 7月4日,《科学》杂志以亮点文章形式在线发表了中科院上海生科院营养科学研究所周斌研究组关于冠状动脉起源的最新成果。研究发现,除已经认知的心外膜下血管干细胞外,冠状动脉还有一个重要“起源地”——心内膜。周斌研究组利用转基因小鼠结合谱系示踪技术,对冠状动脉的起源和发育机制进行研究发现,冠状动脉的生成先后有序:心室壁外侧的冠状动脉来源于胚胎发育早期生成的血管;心室壁内侧的冠状动脉是在出生后新生成的。由此,冠状动脉的又一个“起源地”——心内膜“浮出水面”。专家认为,这一重大发现为心脏病研究奠定了理论基础。

    来自太空的一个高能中微子横穿南极洲“冰立方”中微子天文台,科学家认为其来源可能是耀变体。

    利用基因组编辑技术首创抗白粉病小麦新材料▲▲ 中国科学院遗传与发育所和微生物所合作,首次在重要农作物中建立了基因组编辑技术体系,成功获得了对白粉病具有持久和广谱抗性的小麦材料。该研究在国际上首次证明可以同时对多倍体小麦中的同源基因进行精准的定向编辑。同时,实现了基于近缘物种基因信息的作物品种分子设计;创制了持久、广谱抗白粉病的小麦重要育种起始材料,为作物分子育种提供了一个全新的思路和技术路线。《自然》杂志于7月23日对此工作进行了报道;同时,国际著名技术评论期刊MIT Technology Review对此工作发表两篇评论性文章。该工作是小麦分子育种生物技术的重大突破,将会为主粮作物新品种培育带来革命性的影响。

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    高温气冷堆核电站“心脏装备”完成热态工程验证▲▲ 国家科技重大专项高温气冷堆核电站的“心脏装备”——主氦风机工程样机在上海电气鼓风机厂完成100小时热态满功率连续运行考验,这是世界高温气冷堆先进核电技术研发中的主要技术难关,标志着我国在先进核能核心装备技术上自主创新的重大突破。8月4日,国家能源局组织专家对该成果进行鉴定认为,主氦风机运行功率4500千瓦,温度250摄氏度,满足山东荣成20万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程的技术要求。高温气冷堆核电站示范工程项目于2012年年底在山东荣成正式开工,预计2017年年底并网发电,将是世界首座具有固有安全性的模块化高温气冷堆核电站。

    探访“贝努”

    首台超高功率高能量密度装置聚龙一号研制成功▲▲ 这是我国自主创新研制成功的首台多路并联超高功率强流脉冲加速器,用于核武器物理、材料科学及天体物理等高能量密度物理前沿研究。聚龙一号由中国工程物理研究院流体物理研究所研制,突破了数十路超高功率脉冲电流产生、同步汇流和传输等多项关键技术,能在数十纳秒内将约10MA、功率数十TW的电流汇聚到厘米尺寸负载上,产生高温高压的高能量密度状态。鉴定委员会认为,聚龙一号达到世界同类装置先进水平,是我国高功率脉冲技术发展史上的里程碑,军事和科学意义重大,使我国成为除美国外第二个独立掌握数十TW级超高功率强流脉冲加速器研制技术的国家。

    人类探测器首次探访小行星“贝努”,发现其岩石外表下暗藏着水留下的踪迹——羟基。

    “奇异”干细胞有望攻克乳腺癌▲▲ 中科院上海生科院生化与细胞所曾艺研究团队发现了成体乳腺器官中存在着未分化的干细胞,这些干细胞特异性地表达蛋白C受体基因。这项研究证明,这些干细胞具有多潜能性,能够在乳腺发育过程中分化形成所有的乳腺细胞类型,“刷新”现有乳腺干细胞的单一分化潜能性质的理论。研究还为进一步探讨乳腺癌细胞的起源以及乳腺癌细胞与干细胞的关系奠定了坚实基础。而且,新发现的乳腺干细胞标记是细胞膜表面受体,针对该受体设计的药物不需要进入细胞内就能起作用,将是理想的药物靶点,有望治疗由干细胞病变引起的以及现有的治疗方法无明显疗效的乳腺癌患者。10月19日,相关成果在线发表于《自然》。

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    解析甲肝病毒全颗粒晶体结构▲▲ 中科院生物物理所饶子和院士研究组与中国食品药品检定研究院等单位合作,在国际上首次解析了甲型肝炎病毒全颗粒晶体结构。该研究不仅揭示了甲型肝炎病毒独有的结构特性、极强的稳定性、特殊的脱衣壳机制,而且从三维结构角度阐述了甲型肝炎病毒的进化关系。相关论文在线发表于《自然》。该研究在成功解析了成熟病毒和空心病毒两种状态的全颗粒高分辨率晶体结构后,第一次证明HAV成熟病毒具有衣壳蛋白vp4,而空心病毒颗粒含有的是未被剪切的衣壳蛋白vp0前体。这项研究对于进一步解析HAV灭活病毒疫苗的免疫原性和保护机理具有重要意义,为抗肝炎病毒药物研发提供了理论指导和新方向。

    跃迁

    暗物质研究新成果使探测灵敏度提升10倍▲▲ 清华大学联合四川大学、南开大学、中国原子能研究院、雅砻江流域开发公司等单位建立中国暗物质实验合作组,率先在中国锦屏地下实验室开展中国自主暗物质直接研究工作。他们采用了超低本底碘化钠反符合系统,创新发展了新的本底甄别方法,开展暗物质实验运行和研究,获得了新的物理结果,把暗物质探测灵敏度提升了大约10倍。11月11日《物理评论D》发表此项成果。英国皇家科学院院士、欧洲核子中心理论部教授约翰·艾力斯认为,中国暗物质实验合作组新的实验结果是非常重要的一个进展。这个结果非常确定地排除了美国、意大利等暗物质实验的大部分区域。因此,这是一个具有国际前沿水平的实验结果。

    100多年前,科学家首次在氢原子内观察到其最基本跃迁,如今在反氢原子内实现并观察到这一跃迁。

    发现调控黄瓜苦味基因“开关”▲▲ 中国农业科学院蔬菜花卉所和深圳农业基因组所联合多家机构协同创新,阐明了黄瓜苦味合成、调控及驯化的分子机制。研究发现了苦味物质葫芦素生物合成的9个基因和调控的2个基因,解决了长期影响黄瓜生产的一个重大应用问题,是农业基因组研究直接用于品种改良的优秀范例;发现了植物次生代谢基因簇调控的新机理,为葫芦素在药学上的应用开辟了合成生物学的新途径。相关结果11月28日在《科学》上以封面长篇论文的形式发表,并在In Science Journals栏目头条位置进行了介绍。论文审稿人高度评价农科院黄三文团队主导的这项研究“综合运用了基因组大数据、生物化学和分子生物学等多学科技术手段,解决了一个重要的植物生物学问题”。

    科技创新发现,改变着地球上的生活并改变着我们对现实的看法。2018年的十大国际科技新闻,再次向我们证明了人类思维的深刻和创造能力的无穷:石墨烯旋转特定角度可变超导体、精确定位“幽灵粒子”起源、首次造访小行星并发现水……如果你还没有了解这些最新的科学进展,现在是时候了。这些成果正在为无数科学家提供灵感,带领他们继续突破人类能力的极限。

    国际:

    1 49量子位超导测试芯片交付

    成功制造出反氢原子束▲▲欧洲核子研究中心的ASACUSA(低速反质子原子光谱和碰撞)实验首次成功制造出反氢原子束,并在产生反氢原子地方向下2.7米的范围内,即远离强磁场的区域,检测到80个反氢原子。这个结果意味着朝向精确的超精细反氢原子光谱研究迈出重要一步。该研究结果刊登在1月21日的《自然—通讯》杂志上。ASACUSA协作团队领导者、日本理化学研究所山崎说,由于反氢原子没有电荷,这给将其从陷阱中运送出来造成一大挑战。这项研究结果对超精细反氢原子研究非常有前景,特别是光谱特性。

    又一家科技企业接近实现“量子霸权”目标。

    新技术从海水中高效提取锂▲▲日本原子能研究开发机构宣布,其研究小组开发出一种从海水中高效提取锂的技术,这可能会帮助今后以较低成本从海水中获得锂。锂是一种稀有金属,作为锂电池的原料,在个人电脑和电动汽车等领域得到广泛应用。全球海水中有丰富的锂,据估计达到2300亿吨,但是由于浓度很低,很难提取出来。研究小组利用新技术制作了从海水中提取锂的装置。据介绍,利用这种装置进行实验时,30天后能从约25升海水中提取约1.8毫克锂,提取率达到50%以上。

    英特尔公司今年宣布,已成功设计、制造并交付49量子位超导测试芯片“Tangle Lake”,这一名字源于阿拉斯加湖泊,意指这些量子位需在极冷温度等条件下工作,其将使研究人员能评估和改进纠错技术,并模拟一些计算问题。

    首次发现早期宇宙急剧膨胀直接证据▲▲美国科学家3月17日宣布,他们发现了原初引力波穿越宇宙婴儿期留下的印记,这是宇宙刚刚诞生时急剧膨胀的首个直接证据。这一突破性的重大发现有望帮助弄清宇宙诞生之谜。微波背景辐射中的微波因为被原子和电子散射而具有偏振性,新研究寻找的是一种叫作B模式的特殊偏振模式,其特点是会形成旋涡,是宇宙极早期的一种时空波动——原初引力波留下的独特印记。研究人员说,他们意外发现了比“预想的强烈得多”的B模式偏振信号,经过分析,排除了其他可能来源,确认它就是暴涨期间原初引力波穿越宇宙导致的。这意味着宇宙暴涨理论获得迄今最有力的证据,并将帮助人们更详细地了解暴涨的过程。

    计算界“新秀”——量子计算潜力巨大,当前最好的超级计算机需数月或数年才能解决的问题,比如药物开发、金融建模、气候预报等,未来的量子计算机有望在较短时间内解决。

    测出迄今最为精确的顶夸克质量▲▲欧洲核子研究中心与美国费米国家实验室3月19日联合宣布,科学家通过欧洲大型强子对撞机实验与美国万亿电子伏特加速器实验,成功测出目前最为精确的顶夸克质量。科学家认为,精确测定顶夸克质量可保证进一步验证描述顶夸克、希格斯玻色子与W玻色子间量子联系的数学框架,为发现更好地理解宇宙本质的新理论提供线索。费米实验室主任奈杰尔·洛克耶表示,这一成果不但对科学家认识宇宙本质有重要意义,也为该领域的国际合作树立了榜样。

    “量子霸权”被认为是量子技术发展史上的一个奇点。“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机,实现对于传统计算机的“霸权”。有观点认为,超过50量子位后,量子计算机的能力将一骑绝尘,令传统计算机望洋兴叹。目前,“量子霸权”已引英特尔、IBM和谷歌等巨头竞折腰。IBM去年底宣布成功研制出一款50量子位处理器原型;谷歌也计划很快推出49量子位产品。

    首次获得7颗星际尘埃微粒▲▲经过长达数年的大量工作,研究人员终于从返回地球的星尘号探测器中采集到7颗星际尘埃微粒。科学家在美国得克萨斯州林地市召开的月球与行星科学大会上报告说,尽管整个样本的重量只有几百万兆分之一克,但这却是科学家第一次将自己的手放在自太阳系形成后便从未改变的原始物质上。研究人员表示,这一发现对于研究太阳系的起源具有重要意义。这些样本十分微小,直径比一根头发丝还细,因此只能在显微镜下进行研究。美国航天局的专家随后把集尘器的数码显微照片提供给网络志愿者,让他们来共同寻找这些星际尘埃。

    理想很丰满,现实却很骨感,目前量子计算仍处于初期阶段。业内人士估计,量子计算离解决工程规模问题或许还有5—7年;而要想具有商业实用价值,可能需要100万甚至更多量子位。

    生物合成学领域首个合成酵母染色体问世▲▲3月27日,一个主要由大学生组成的研究团队报告了生物合成学领域的一次重大飞跃:源自酿酒酵母的一种重新设计并合成的全功能染色体。这一成果被誉为攀上了合成生物学的新高峰,也是向合成人造微生物等生命体迈出了一大步。在这项研究中,酿酒酵母染色体Ⅲ在酵母中的原始版本拥有近32万个碱基对,科学家进行了500多处修改,删除了近4.8万个被认为对染色体复制和生长没有用处的重复碱基对,还删除了一些被称为垃圾DNA的序列,例如不能编码任何蛋白质的序列及能够任意移动并可能导致变异的“跳跃基因”片段,最终构建的染色体拥有约27万多个碱基对。

    “实现霸权”的量子计算机将掀起怎样的“腥风血雨”?且拭目以待。

    研发出批量培养高质量干细胞新方法▲▲诱导多功能干细胞能发育成多种细胞和组织,在再生医疗领域有广阔应用前景,但却面临难以大量生产和培养成本高等难题。日本京都大学的研究小组开发出一种新方法,有望实现批量生产。研究小组在美国《干细胞报告》网络版上报告说,他们在着手解决上述问题时发现,如果将食品添加剂中作为增稠剂使用的“结冷胶”加入培养液,iPS细胞就不会下沉。假如再同时使用另一种名为“甲基纤维素”的食品添加剂,则能使长大的细胞团块间出现缝隙,不易粘在一起。这样,iPS细胞就不会因其细胞团块内部缺乏营养而死亡。这两个问题的解决不但有助提高细胞培养效率,还降低了培养成本。

    2 弯曲空间内首次实现激光束加速

    人类蛋白质组草图公布▲▲德国慕尼黑工业大学等机构研究人员报告说,尽管人类已对基因组有所了解,但在约2万个编码基因中,哪些会指导合成蛋白质、合成哪些蛋白质都是未知数。为探明这一问题,他们从人体多个组织样本和细胞系中提取了蛋白质并将它们“切”成小块,然后用质谱分析法分析出形成每个蛋白质片段所需的氨基酸序列。研究人员借助计算机进行了大量比对工作,据此列出“清单”,描绘出哪些组织中的哪些基因表达与蛋白质的形成有关。另一项研究中,美国约翰斯·霍普金斯大学研究人员与印度等国同行也采用质谱分析法绘制出一张蛋白质组草图。研究人员表示,绘制人类蛋白质组图谱有助于了解人体内蛋白质的出处、功能和特性,对于生命科学、医学等领域都有重要意义。

    这是曲面加速光束的第一次演示,操作却很简单,通过向白炽灯泡壳内发射激光得以实现。

    首个硼“足球烯”诞生▲▲科学家成功打造出世界上第一颗全部由硼原子构成的“巴基球”(又名富勒烯、足球烯)。与碳基材料的巴基球不同,硼分子最终并没有被塑造成标准的足球形状。但这个由硼构成的新形态有望带来新的纳米材料,并可能在储氢中发挥巨大作用。科学家在7月13日出版的《自然—化学》杂志上报告了这一研究成果。巴基球一般是指由60个碳原子构成的分子。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。

    美国和以色列物理学家团队今年实现了光束轨迹偏移。此前,科学家已经证实光束可以在平坦表面上被加速,加速度使其沿着弯曲而不是直线的轨迹行进。新研究发现,被加速的光束也并非沿着测地线(又称大地线或短程线,可定义为空间中两点的局域最短或最长路径)移动,而是发生了偏移。

    铜线宽带传输速率取得新突破▲▲法国阿尔卡特-朗讯公司宣布,其在美国的研发部门贝尔实验室在传统铜芯电话线上实现了每秒10千兆字节的数据传输速度。这项技术突破意味着铜线的宽带传输速度堪比光纤,有望解决普及光纤入户面临的一个瓶颈问题。研究人员说,这一新突破,可使运营商利用铜线提供速度相当于光纤入户的宽带接入服务,因此具有重要商业价值。分析人士说,现在部分宽带网络入户的最后几米通常仍是铜线而非光纤,这是制约光纤入户的瓶颈问题。如果铜线的宽带传输速度与光纤相当,这个问题就可迎刃而解。

    平面加速光束的轨迹,完全由光束宽度决定,而新研究表明,曲面加速光束的轨迹,由光束宽度和表面曲率共同决定。

    首支登革热候选疫苗被证实有效▲▲《柳叶刀》7月20日发表了法国研究人员开展的一项有关登革热疫苗的三期临床保护效力研究结果,该研究由总部位于法国里昂的赛诺菲巴斯德公司领衔在5个亚洲国家进行。结果显示,2至14岁儿童在接受了3剂免疫接种后,疫苗可将有症状的登革热病例总体上降低56.5%,特别是疫苗可使登革出血热病例大幅降低88.5%,而登革出血热是登革热的严重形式,在长达25个月的随访期内,该疫苗表现出了良好的安全性,与前期其他临床研究观察结果相一致。

    这个看似“莫名奇妙”的实验,其实是突破性的,它拥有各种各样的潜在应用,其中之一就是模拟广义相对论现象,以进一步研究诸如引力透镜效应、爱因斯坦环、引力蓝移或红移等现象。此外,它还能提供一种新技术,用于控制血管、微通道和其他弯曲环境中的纳米颗粒。

    普通小麦基因组草图绘制完成▲▲一个小麦基因组序列草图的问世有望加速培育这种全世界最重要农作物新品种的工作,同时揭示这种古老主食错综复杂的历史。在7月18日出版的《科学》杂志上发表的一组论文中,国际小麦基因组测序联盟公布了来自普通小麦——被更广泛地称为面包小麦——的基因组初始草图,此举被认为距破译小麦全基因组序列这一曾被视为“不可能完成的任务”仅剩一步之遥。此前,三大粮食作物中的水稻和玉米的基因组测序工作已分别于2002年和2009年完成。

    这仅仅是个开始,这个联合团队现已着手研究光线在极薄的弯曲膜中传播的可能性。

    首次捕捉到原子的声音▲▲瑞典研究人员首次捕捉到原子的声音,这表明声音可在量子计算机研制等领域取代光作为信息传递的载体。这项成果发表在《科学》杂志网络版上。研究小组负责人、瑞典查默斯理工学院的佩尔·德尔辛说:“通过与原子‘交谈’并倾听它们的声音,我们已经打开了一扇进入量子世界的新的大门。我们的长期目标是要利用量子物理学研制超高速计算机。”人造原子发射的是以类似水波涟漪形式运动的量子粒子,这也是人类目前可探测的最微弱的声音,其频率接近现代无线通信网络所用的微波频率。因为声音的传播速度慢,人们将有时间对行进中的量子粒子进行操控,而移动速度快10万倍的光则难以这样操控,因此新发现为操控量子现象开启了全新的可能性。

    3 两层石墨烯旋叠可变超导体

    超快LED打破分子荧光速度纪录▲▲美国杜克大学研究人员研制出超快发光二极管,打破了荧光分子发射光子的速度纪录,是普通级别的1000倍,朝着实现超快速LED和量子密码学迈出了重要一步。该研究结果刊登在10月12日的《自然—光子学》在线版上。在新研究中,该校工程师通过在金属纳米立方体和黄金膜之间添加荧光分子,加速其光子发射率达到前所未有的水平。该大学电气与计算机工程和物理助理教授麦肯·米克尔森说:“本研究的目标应用之一是超高速LED。虽然未来的设备可能不使用这个精确方法,但对基础物理却至关重要。”

    根据1957年的超导电性理论,某些材料能够以零电阻导电。然而,许多材料表现出所谓的非常规超导电性,无法用该理论解释。

    揭开太阳界面区神秘面纱▲▲太阳风是如何形成的?为什么会爆发太阳耀斑?这些谜都与太阳大气层中“难以捉摸的”界面区有关。美国《科学》杂志刊登了一组5篇论文,公布了美国新型太阳观测卫星的第一批观察结果,初步揭开了太阳界面区的神秘面纱。太阳大气从里往外分为光球、色球、过渡区和日冕4层,其中色球和过渡区合称界面区。研究人员说,他们利用2013年发射的太阳界面区成像光谱仪卫星观测发现,界面区充满了间歇性的极高速度(每秒80千米至250千米)的小尺度(宽度小于300千米)喷流,是过渡区的一种主要结构。而在大部分现有的太阳风模型中,界面区物质外流的速度一般只有每秒几千米,且流动是稳定与连续的。

    今年,美国麻省理工学院科学家发现,当两层石墨烯以1.1度的“魔角”旋转叠加在一起时,可模拟被称为铜酸盐的铜基材料的超导行为。也就是说,研究团队在两层石墨烯中发现了新的电子态,其可以简单实现绝缘体到超导体的转变。

    《中国科学报》 (2015-02-01 第2版 专题)

    这种“神奇角度”石墨烯除了会形成超导态,还会形成另一种电子态。在同时发表的第二篇论文中,团队展示了交叠的双层石墨烯系统会出现一种新的绝缘态——莫特绝缘体态。

    两个系统可以通过改变旋转角度和电场来轻易调整。这意味着,该成果将提供一个全新的二维平台,以供科学家们理解曾长期困扰物理学界的高温超导电性的起源问题,并打开了一扇研究非常规超导体的大门,同时也为全新电学性能的开拓和工程化铺平道路。

    这一发现轰动业界,被称为石墨烯超导的重大进展。更令人惊讶的是,在传说中毙稿率高达90%的《自然》杂志上连发两篇论文的第一作者,年仅22岁,他就是年轻的中国物理学家曹原。

    4 “基因剪刀”首次让皮肤细胞变身干细胞

    2006年,格莱斯顿研究所的山中伸弥,用4种被称为转录因子的关键蛋白处理普通的皮肤细胞,制造出了诱导多能干细胞,标志着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞。在上述研究基础上,格莱斯顿团队不使用转录因子,而是通过向细胞添加化学品混合物,制造出了诱导多能干细胞。

    而在2018年的研究中,格莱斯顿团队提供了制造诱导多能干细胞的第三种方法——使用CRISPR基因调控技术,直接操纵细胞的基因组,将老鼠的皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。新方法不仅有助于科学家更方便地获得重要的细胞,也能进一步了解细胞的重编程过程。

    其实,诱导多能干细胞就像胚胎干细胞一样具备分化成多种细胞的潜力,可用于修复受损的组织和器官。而“基因剪刀”则能精确查找一串代码在基因组中的位置,进行删除或修改。

    现在的新方法与之前的截然不同,可帮助人类更简单快捷地制造出诱导多能干细胞,未来也能将皮肤细胞直接重编程为心脏细胞或脑细胞等,它为治疗多种疾病提供了巨大助力。

    5 科学家首次精确定位“幽灵粒子”起源

    2017年9月,来自太空的一个高能中微子横穿南极洲“冰立方”中微子天文台,一石激起千层浪,科学家争相为其追本溯源。今年7月,数十个科研团队在《自然》《科学》杂志撰文称,这个“落入凡间的精灵”可能源自一个距地球约37.8亿光年的耀变体。耀变体是由星系中央的巨大黑洞吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。

    科学家称,产生中微子的耀变体可帮助解决天文学的一个百年谜团:不时拜访地球的宇宙射线从何而来?

    宇宙射线是由宇宙中的“爆发事件”抛射出的带电粒子,是自然界中能量最高的粒子。100多年来,科学家一直希望找到其源头,但通过对其行进路径进行反向追踪不可能做到,因为在抵达地球前,其飞行路径已被地球磁场严重扭转。

    但无论宇宙射线起源何处,有“幽灵粒子”之称的高能中微子都很可能与其“相依相伴”。中微子几乎没有质量,并可以保持稳定不变,这使其成为研究宇宙射线的极佳“信使”。中微子给科学家指出了一条穿越迷雾的路,不过,关键是要在它们抵达地球时捕捉到它们。

    主要科学目标是借助中微子寻找高能宇宙射线起源的“冰立方”天文台此次立下大功。如果结果正确,那么,这个耀变体可能是宇宙射线首个“验明正身”的来源。

    6 火星极地冰盖下存在液态水

    “没有水,就没有生命。”至少在目前,当人们寻找地外生命时,这仍是圭臬。

    2015年,火星勘测轨道飞行器告诉我们,红色星球的沟壑,很可能是高浓度咸水流经所产生的,这是火星存在流动液态水“迄今最强有力证据”。但还不是实证。

    直到今年,意大利科学家报告在火星上首度发现了一个地下盐水湖,这座湖位于火星南极冰盖之下,直径约20千米。研究人员称,这是火星首次发现持久水体存在的痕迹,解决了关于红色星球是否存在液态水的旷日持久的争论。

    这处水体的发现,不仅仅是增加了人们对火星上存在生命的期待。

    从长远角度来看,火星虽然温度不太好、大气不太足,但也不会像一些奇葩的星球那样完全不可改造,且火星与我们距离适当,表面积也与地球的陆地面积相当,当人类考虑到移民外星球时,火星经常是第一选择。现在,液态水的发现使这种情况变得更加可能。

    从近处来说,这对科学家利用冰盖解读火星气候变化历史十分关键,是未来数年天体生物学研究的科学目标,同时,它也将是本世纪人类登陆火星前,基地建设的最重要资源。

    7 反氢内基准能量跃迁首次实现

    物理学中最大的谜团之一就是:反物质去哪儿了?

    物理定律表明,宇宙大爆炸产生的巨大能量应该创造了等量物质和反物质。等量物质和反物质相遇,就会“同归于尽”,但大爆炸之后到现在,宇宙仍充满由物质组成的各种天体。既然物质还在,那反物质去哪儿了?

    氢原子最简单,所以反物质研究由反氢原子开始。

    100多年前,科学家首次在氢原子内观察到其最基本、最重要的跃迁——莱曼-α(Lyman-alpha)跃迁,即当氢原子的一个电子从低轨道转移到高轨道时,会发出一系列紫外线辐射。

    8月22日,加拿大和欧洲核子研究中心的物理学家在《自然》杂志撰文称,他们首次在反氢原子内实现并观察到了莱曼-α跃迁,向冷却和操纵反氢原子迈近了一步,有望开辟反物质科学的新时代。

    操控反氢原子有何意义?从理论上来说,500克反物质产生的破坏比世界上最大的氢弹威力都要大,虽然科学家已能制造并抓获反物质,但其存在时间太短,且代价太过昂贵。反物质如能操控,将能成为人类用之不竭的新能源!

    8 科学家造出全新光物质形式

    光学行为能“弯曲”物理规则吗?

    光子作为几乎没有质量的基本粒子,是一种“超然”的存在——如果你把两束激光相对,光子只会连个招呼都不打,互相穿过。但在2013年,麻省理工学院和哈佛大学的联合团队,让光子相互作用产生一种物质形式,人们不知道它是什么,都说这就像一个真实版的“光剑”——光束之间会彼此推拉产生对抗。

    2018年,仍然是这个团队在《科学》上发表论文,宣布他们实现了三个光子之间相互作用,即粘在一起形成了此前未被观察过的一种全新光子物质。

    研究人员发现,利用弱激光照射,它们不是作为单个、随机分离的光子通过致密的超冷铷原子云,而是成对或者三个光子结合在一起——这表明在光子之间发生了相互作用。结合后的光子,实际上得到了电子质量的一部分,这些有质量的光粒子传播速度变慢,比没有相互作用的常规光子速度慢10万倍。

    这个团队的“主业”,其实是量子计算机的研究。他们的实验结果告诉人们,光子确实可以相互吸引或者彼此缠绕;并且,如果它们可以其他方式相互作用,那么未来一定会被用于超快的量子计算以及由光组成的复杂晶体中。

    9 人类探测器首次造访小行星“贝努”

    我是谁?从哪里来?要到哪里去?人类所有的追寻,都只不过是回答这三大“天问”的尝试。

    我从哪里来?也就是生命如何起源的?传说约45亿年前,太阳系刚刚形成,地球还是一颗充满熔岩的星球,恍如地狱。突然,一颗不知“乡关何处”的小行星“误入藕花深处”,闯入太阳系,与地球进行了一次猛烈的撞击。这次撞击引发的“蝴蝶效应”可能带来了有机物和水,为地球提供了孕育生命的关键条件。

    小行星是约45亿年前太阳系形成时遗留下来的碎片。有科学家认为,对小行星样本进行原子级分析有望为上述假说提供重要证据。于是,2016年,美国国家航空航天局肩负重要使命的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”(OSIRIS-Rex)朝小行星“贝努”整装出发了。

    12月10日,NASA兴奋地宣布,OSIRIS-Rex发现小行星的岩石外表下暗藏着由氢分子和氧分子组成的羟基的踪迹,这使直径500米的“贝努”具有孕育生命的潜力,或许也蕴藏着关于地球生命起源的线索。

    2023年,探测器会将这些物质的样本送回地球,届时,科学家将获得与太阳系历史和演化有关的宝贵资料,帮助人类进一步认识地球的过往与未来、更好地洞悉生命的起源。

    10 嫦娥四号探访月背

    12月8日2时23分,中国的嫦娥四号乘坐长征三号乙运载火箭成功发射升空,将于明年1月进行月球背面软着陆和巡视勘察。如果成功,它将实现人类历史上首次在月球背面投放着陆器和月球车;同时也将实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控和中继通信。

    谁不曾仰望苍穹星海,渴望穷尽宇宙的奥秘?月球这颗陪伴了地球40多亿年的邻居,自古以来就寄托了国人团圆和满之愿景,国人也因此对它多了一份感性。

    但正如东汉王充在《论衡》中指出的:“涛之起也,随月升衰。”由于引力的潮汐锁定效应,月球只有一面朝着地球,从未有人见过月球背面,这给其蒙上了一层神秘面纱。且因为月球本身的阻隔,任何飞行器到达月球背面区域后会失去通信能力。

    面对如此神秘的月之背,中国在今年5月成功发射了“鹊桥”中继卫星,为嫦娥四号探测器与地面测控站之间搭建了一座传输信号与数据的桥梁。

    嫦娥四号此次背负着勘探艾特肯盆地——冯·卡门陨石坑的重要使命,该陨石坑被认为是月球最古老的撞击特征。而此次前所未有的太空探秘旅程,将为人类了解月球、地球、太阳系的演化提供第一手数据和线索。

    它也为太空探索注入了新的激情与活力。欧洲空间局相关人员称,嫦娥四号着陆器和月球车预计会对月球的组成和历史产生新的认知,将是解开月球奥秘的一个里程碑。

    《科学》杂志称嫦娥系列任务“雄心勃勃”,是伟大的先锋工程。

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