2018年十大国际科技新闻解读:“幽灵粒子”起源、火星液态水科技

2018-12-29    来源:网络    编辑:新闻在线
2018年十大国际科技新闻解读:“幽灵粒子”起源、火星液态水 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

[摘要]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。

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。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。

1、49量子位超导测试芯片交付

又一家科技企业接近实现“量子霸权”目标。

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。

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。

“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(左右)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。

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。

“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。

2 、弯曲空间内首次实现激光束加速

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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。

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。

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。

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。

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。

3 、两层石墨烯旋叠可变超导体

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。

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。

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

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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

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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(Blazar)。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(主要是质子),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。

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