《物理世界》评出2020年十大科学突破

 
首获室温超导体、首探新型太阳中微子……  
《物理世界》评出2020年十大科学突破  
 

尽管新冠疫情仍在全球很多地方肆虐，但并未阻止科学家们探究宇宙和自然的脚步，2020年，多项重大科技突破仍纷至沓来，给我们带来惊喜的同时，也将让我们的生活变得更加美好。

英国《物理世界》杂志的编辑对该网站上今年刊发的数百篇研究成果进行严格筛查，基于在提升我们对知识或科学理解方面取得重大进步、对科学进步及实际应用具有重要影响以及读者深感兴趣等原则，遴选出了其中最重大的10项突破。

首次给量子测量过程拍快照

来自瑞典、德国、西班牙等国家的科学家，运用一系列“弱”测量来探究量子力学中叠加态坍缩的本质。测量量子系统会导致它发生变化，迫使量子系统变成确定的经典状态，这是量子力学奇怪但基本的方面之一。但这一最新研究表明，某些测量不会破坏所有量子信息。

在以单个锶离子为对象展开的实验中，该团队拍摄了一系列“快照”。结果表明，测量并非瞬间、而是逐步把量子叠加态变成经典状态。

从原理上说，“弱”测量过程能做到在不破坏这些量子态的前提下，探测到其中的误差，所以这项工作或许有助于改善量子计算机的勘误能力。

第一个室温超导体面世

美国科学家在温度高达15摄氏度的高压富氢材料内观察到了超导现象。

超导体能以零电阻导电，广泛应用于从核磁共振扫描仪内使用的高场磁体到粒子加速器内。但超导体在工作时必须冷却到极低的温度，成本高且要使用氦，因此，凝聚态物理学家一直期望开发出能在室温下工作的超导材料。

在最新研究中，科学家制作的碳硫氢化材料将此前的超导温度纪录提升了大约35摄氏度，首次在室温下观测到了超导现象，不过，这还需要高达260万个大气压的高压，研究人员认为，改变材料的化学组成或许能减少所需压力。

这些突破涵盖材料学、量子力学、天文学、医学、物理学等多个学科领域，其宗旨都是为了拓展人类的认知边界，让人类的生活变得更加健康美好。

新型钙钛矿X射线探测器面世

美国科学家利用薄膜钙钛矿开发出了一种极为敏锐的新型X射线探测器，其灵敏度比传统硅探测器高几个数量级，且辐射和成本均大大降低。

研究人员在这种薄膜钙钛矿探测器中使用了同步加速光束线，并且发现，钙钛物质的X射线吸收系数平均比硅高10—40倍，这种新型X射线探测器的灵敏度比传统硅探测器高100倍，且只需用极低剂量的辐射就能生成医学图像和牙科图像，即用少得多的X射线就可生成和现在同等质量的图像，这对需要接受X射线扫描成像的病患来说是个好消息。此外，建造大规模此类探测器阵列的成本应该远低于相同规模的半导体探测器阵列。

在液晶内观测到铁电向列相

美国科学家首次在液晶内发现了铁电向列相。在这种相内，液晶特定团块（域）内的所有分子都大致指向相同的方向。早在1910年，美国物理化学家彼得·德拜和德国犹太裔理论物理学家马克斯·玻恩就提出了相关假说，100多年后终于得到证实！

在最新研究中，科学家们发现，当在一种名为RM734的有机分子上施加弱电场时，包含液晶的细胞边缘会出现一系列明亮的颜色。事实证明，与传统向列相液晶，铁电向列相RM734对电场更敏感。

虽然科学家还需进一步发现能在室温环境下表现出这种现象的物质，但铁电向列相物质无疑能在新型显示屏、重构计算机内存等多个领域找到用武之地。

科学家为声速设置上限

来自英国和俄罗斯的科学家通过计算证明，声音在固态和液态物质中传播速度的上限取决于两个基础常数：精细结构常数和质子与电子的质量比。

他们用大量不同材料进行实验，证实声波速度随传播介质内原子质量的增加而下降，并由此推测，声波在固态氢内传播速度最快，且通过计算得出了声波在固态氢内接近理论极限值的传播速度：36公里/秒。

研究人员表示：“了解声波在固体内的特性，可以让多个学科领域受益，如地震学家可以利用地球内部深处地震引发的声波来了解地震的本质以及地球的组成，而且声波与重要的弹性特性（包括抗压能力）有关，这也令材料科学家感兴趣。”

探测到新型太阳中微子

意大利太阳中微子实验（Borexino）合作组在太阳的碳-氮-氧循环（CNO循环）中探测到了一种以前未曾见过的中微子——CNO中微子。