科技改變生活。這一年，各國(guó)科學(xué)家又讓科學(xué)的腳步再次向前邁進(jìn)。棉花種子在月球發(fā)出第一株嫩芽，室溫下氣態(tài)二氧化碳首次轉(zhuǎn)化為碳電池，最輕中微子的質(zhì)量被算出，3D打印出會(huì)呼吸的人體器官……盡管這其中的具體原理有些高深莫測(cè)、晦澀難懂，但不得不說(shuō)，它們刷新了我們的認(rèn)知，而這些發(fā)現(xiàn)，也正在或終將切切實(shí)實(shí)地影響我們的生活。
歲末之際，我們回望并梳理了一年來(lái)的科技大事件，以此紀(jì)念不平凡的2019。
棉花種子在月球上發(fā)芽
棉花種子成為人類在月球上種植出的第一株植物嫩芽。1月15日，重慶大學(xué)舉辦嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷新聞發(fā)布會(huì)，對(duì)外正式公布這一消息。
“這是人類首次在月球上開(kāi)展生物試驗(yàn)。”重慶大學(xué)副校長(zhǎng)、科普載荷項(xiàng)目總指揮劉漢龍介紹。
由重慶大學(xué)牽頭的嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷內(nèi)搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅6種生物，均放置于密封的生物科普試驗(yàn)載荷罐內(nèi)。生物科普試驗(yàn)載荷罐是一個(gè)高度密封的圓柱形抗壓容器，由高性能鋁合金制成并進(jìn)行了防腐處理?！肮拮印敝睆?73毫米、高198.3毫米，由結(jié)構(gòu)模塊、熱控模塊、控制模塊等組成，載荷內(nèi)除搭載6種生物外，還有18毫升水，以及土壤、空氣、熱控和兩個(gè)記錄生物生長(zhǎng)狀態(tài)的相機(jī)。
載荷罐在登陸月球后第一天——1月3日23時(shí)18分加電開(kāi)機(jī)，開(kāi)始進(jìn)入生物月面生長(zhǎng)發(fā)育模式。1月12日20時(shí)，隨嫦娥四號(hào)登陸月球背面的生物科普試驗(yàn)載荷罐傳回最后一張?jiān)囼?yàn)照片，顯示罐內(nèi)生長(zhǎng)出的棉花種子嫩芽長(zhǎng)勢(shì)良好。
室溫下二氧化碳?xì)怏w變電池
2月，英國(guó)《自然·通訊》雜志發(fā)表了一項(xiàng)化學(xué)最新突破，科學(xué)家首次在室溫下將氣態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為固體碳材料，并用于能量?jī)?chǔ)存。該方法將為去除大氣中的二氧化碳作貢獻(xiàn)，成為可行的“負(fù)碳排放”技術(shù)。
眾所周知，“負(fù)碳排放”技術(shù)對(duì)于維持未來(lái)氣候的穩(wěn)定至關(guān)重要。雖然目前很多研究都專注于將二氧化碳還原成高附加值產(chǎn)品，如化學(xué)原料和燃料，但這些方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)永久性碳捕捉。
此次研究人員研發(fā)了一種液態(tài)金屬電催化劑。這一液態(tài)金屬催化劑基于無(wú)毒鎵合金，能防止結(jié)焦，即固碳吸附于催化劑表面，降低催化劑的活性。研究團(tuán)隊(duì)隨后將收集得到的固體產(chǎn)物制成超級(jí)電容，該超級(jí)電容器未來(lái)有望成為輕量級(jí)電池材料。
研究人員指出，此前的碳納米材料制備方法通常需要幾百攝氏度的高溫，而他們研發(fā)的技術(shù)可以幫助降低二氧化碳轉(zhuǎn)化的高能耗需求?？茖W(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究對(duì)于去除大氣中的二氧化碳具有重要應(yīng)用價(jià)值。
第三種五夸克粒子被發(fā)現(xiàn)
4月，歐核中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)LHCb團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了第三種五夸克粒子。新結(jié)果有望進(jìn)一步揭示夸克理論的諸多奧秘。
此前，五夸克態(tài)物質(zhì)的存在只停留在理論階段，2015年，LHCb宣布發(fā)現(xiàn)首個(gè)五夸克粒子。如今，該團(tuán)隊(duì)在對(duì)該粒子進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)它已一分為二。原來(lái)，最初的五夸克實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的五夸克(被稱為第一種和第二種五夸克粒子)，它們質(zhì)量相近，宛若一個(gè)粒子。
夸克理論是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的關(guān)鍵組成部分。該理論認(rèn)為，存在上、下、粲、奇、底和頂6種夸克，它們都擁有自己的反物質(zhì)。
夸克和反夸克結(jié)合會(huì)形成“強(qiáng)子”。強(qiáng)子分兩類：由3個(gè)夸克構(gòu)成的“重子”(包括質(zhì)子和中子)和由夸克、反夸克組成的“介子”。
科學(xué)家也提出了其他更奇特的夸克組合，比如，由兩個(gè)夸克和兩個(gè)反夸克組成的四夸克粒子，以及由4個(gè)夸克和1個(gè)反夸克組成的五夸克粒子。那么，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的3種五夸克是5個(gè)夸克均勻混合，還是由一個(gè)重子和一個(gè)介子黏在一起形成的松散“分子”？團(tuán)隊(duì)目前傾向于后者。
超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新
5月，超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新一事，再次吸引了世人的目光。
超導(dǎo)材料能無(wú)損耗傳輸電能，但其應(yīng)用卻因超導(dǎo)態(tài)嚴(yán)苛的低溫要求而受限。因此，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)成為科學(xué)家的重要目標(biāo)，如今他們離這一目標(biāo)越來(lái)越近。在《自然》雜志上，美德兩國(guó)科學(xué)家組成的研究小組發(fā)表論文稱，他們實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高壓下的氫化鑭在250K(K代表絕對(duì)溫標(biāo)開(kāi)爾文，250K大約為-23℃)時(shí)具有超導(dǎo)性。
據(jù)報(bào)道，研究人員使用一種被稱為金剛石壓腔的設(shè)備，利用兩顆金剛石擠壓一小塊兒鑭樣品，使其在170吉帕的高壓下轉(zhuǎn)化為氫化鑭化合物——LaH10，然后用X射線探測(cè)其結(jié)構(gòu)和成分。研究人員觀察到LaH10具有零電阻、在外加磁場(chǎng)作用下臨界溫度會(huì)降低、同位素效應(yīng)(臨界溫度依賴于同位素質(zhì)量的現(xiàn)象)這3個(gè)超導(dǎo)材料特征，但因樣本量太小而無(wú)法對(duì)超導(dǎo)材料的另一個(gè)重要特征——邁斯納效應(yīng)(一種超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的排斥現(xiàn)象)進(jìn)行觀測(cè)。他們表示，其所觀察到的3個(gè)特征已可以證明，在250K的溫度下，氫化鑭在超過(guò)100萬(wàn)倍地球大氣壓下會(huì)變成超導(dǎo)物質(zhì)。
250K，是目前人類高溫超導(dǎo)的最新紀(jì)錄，比此前的最高臨界溫度增加了50K左右。
3D打印會(huì)“呼吸”的人造器官
5月，《科學(xué)》雜志封面報(bào)道了美國(guó)萊斯大學(xué)與華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的一項(xiàng)具有里程碑意義的研究成果。該團(tuán)隊(duì)克服了3D打印器官的一大障礙，創(chuàng)造出一個(gè)由水凝膠3D打印而成的肺氣囊模型。該模型具有與人體血管和氣管結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠像肺部一樣朝周?chē)难茌斔脱鯕?，完成“呼吸”過(guò)程。而只有打印的組織能像健康組織一樣“呼吸”，且構(gòu)建出可與其他組織交互的管路系統(tǒng)，它們?cè)诠δ苌喜艜?huì)更接近健康組織。
研究人員表示，在制造具有功能的組織替代品時(shí)，面臨的一大攔路虎就是無(wú)法打印那些為組織輸送營(yíng)養(yǎng)的血管。為了解決這一問(wèn)題，這支團(tuán)隊(duì)使用了一種全新的3D打印技術(shù)。首先，在電腦設(shè)計(jì)過(guò)程中，將復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)分解為多層二維打印的藍(lán)圖；其次，使用一種液體的水凝膠溶液按藍(lán)圖進(jìn)行打印，并通過(guò)特殊的藍(lán)光進(jìn)行逐層固化。經(jīng)過(guò)一層一層的堆積，就形成了一個(gè)三維的凝膠結(jié)構(gòu)。在測(cè)試中，研究人員欣喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅細(xì)胞從這一系統(tǒng)打印出的“血管”中流過(guò)時(shí)，能夠有效從呼吸的“肺部”獲取氧氣，這與肺泡附近的氧氣交換如出一轍。
給量子糾纏拍攝首張“寫(xiě)真”
7月，英國(guó)物理學(xué)家首次拍攝到一種量子糾纏的照片，這一結(jié)果有望促進(jìn)量子計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展。
在量子力學(xué)領(lǐng)域，兩個(gè)相互作用的粒子——例如通過(guò)分束器的兩個(gè)光子，無(wú)論它們相隔多遠(yuǎn)，仍能以一種非常奇怪的方式“糾纏”在一起，瞬間共享它們的物理狀態(tài)。這種聯(lián)系被稱為量子糾纏，是量子力學(xué)領(lǐng)域的基本現(xiàn)象之一，愛(ài)因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”。
今天，雖然量子糾纏在量子計(jì)算和密碼學(xué)等實(shí)際應(yīng)用中大顯身手，但這種現(xiàn)象從未被拍攝到。最新研究中，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)朝著在液晶材料上顯示的“非傳統(tǒng)物質(zhì)”發(fā)射了源于一個(gè)量子光源的一束糾纏光子，這些液晶材料會(huì)在光子通過(guò)時(shí)改變光子的相位。
他們放置了一臺(tái)超靈敏的相機(jī)，能夠檢測(cè)單個(gè)光子。在看到光子和與它發(fā)生糾纏的“雙胞胎”同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，相機(jī)拍攝了圖像，首次為光子糾纏留下了珍貴的影像，得到的圖像顯示兩個(gè)光子似乎相互反射并形成了一個(gè)指環(huán)形狀。
論文第一作者、格拉斯哥大學(xué)物理與天文學(xué)院保羅-安東尼·莫羅博士說(shuō)：“這張圖像是對(duì)自然基本屬性的優(yōu)雅展示，量子糾纏第一次以圖像的形式被看到，這一結(jié)果可推動(dòng)量子計(jì)算新興領(lǐng)域的發(fā)展，并催生新型成像技術(shù)和設(shè)備?！?/span>
向“模擬大腦”邁進(jìn)
7月，英特爾公司展示了其最新的Pohoiki Beach芯片系統(tǒng)。其包含多達(dá)64顆Loihi芯片，集成了1320億個(gè)晶體管，擁有800多萬(wàn)個(gè)“神經(jīng)元”和80億個(gè)“突觸”。該芯片系統(tǒng)在人工智能任務(wù)中的執(zhí)行速度要比傳統(tǒng)CPU快1000倍，能效可提高1萬(wàn)倍，可在圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛和自動(dòng)化機(jī)器人等方面帶來(lái)巨大技術(shù)提升。該神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)的問(wèn)世，預(yù)示著人類向“模擬大腦”這一目標(biāo)邁出了一大步。
與人腦中的神經(jīng)元類似，Loihi擁有數(shù)字“軸突”用于向臨近“神經(jīng)元”發(fā)送電信號(hào)，也有“樹(shù)突”用于接收信號(hào)，在兩者之間還有用于連接的“突觸”。英特爾表示，基于這種芯片的系統(tǒng)已經(jīng)被用于模擬皮膚的觸覺(jué)感應(yīng)、控制假腿等任務(wù)。
最輕中微子質(zhì)量被限定
中微子無(wú)處不在，但由于它們幾乎不與普通物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，很難被探測(cè)到，所以被稱為“幽靈粒子”。盡管經(jīng)過(guò)50多年追尋，科學(xué)家仍對(duì)它們所知甚少，甚至不知道它們的質(zhì)量。
8月，英國(guó)科學(xué)家限定了中微子家族中最輕成員的質(zhì)量——不超過(guò)0.086電子伏特，約為單個(gè)電子質(zhì)量的600萬(wàn)分之一。
中微子的行為會(huì)改變整個(gè)星系和其他巨大天體結(jié)構(gòu)的行為?；诖?，研究人員從重子振蕩光譜巡天調(diào)查中獲取了約110萬(wàn)個(gè)星系的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合其他宇宙學(xué)信息和地球上中微子實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果，將所有這些信息輸入一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，計(jì)算出了最輕中微子的質(zhì)量(有3種中微子質(zhì)量)。
雖然物理學(xué)家可能永遠(yuǎn)無(wú)法精確地確定這3種中微子的質(zhì)量，但他們可以不斷接近。隨著地球上的實(shí)驗(yàn)和太空測(cè)量的改進(jìn)，中微子的質(zhì)量范圍將不斷縮小，從而更好地解釋整個(gè)宇宙是如何組合在一起的。
制出世界上最黑的材料
9月，中美科學(xué)家報(bào)告說(shuō)，他們研制出了一種比之前最黑材料還要黑10倍的材料。
新材料由碳納米管(CNT)陣列制成，可捕獲99.995%的入射光，是迄今為止最黑的材料。
這種新材料除了具有藝術(shù)表現(xiàn)力外，還可能具有實(shí)用價(jià)值，例如用于遮光罩中減少不必要的眩光、幫助太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)系外行星等。
研究合作者、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授崔可航表示，他們最初并不打算設(shè)計(jì)一種超黑材料，而是嘗試讓CNT在鋁等導(dǎo)電材料上生長(zhǎng)，但讓CNT在鋁上生長(zhǎng)遇到了麻煩。
鋁暴露于空氣中會(huì)被氧化，氧化物會(huì)覆蓋鋁，就像絕緣體一樣，導(dǎo)致鋁的導(dǎo)電和加熱性能無(wú)法改善。于是，他們開(kāi)始尋找去除鋁氧化層的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽(氯化鈉)可以解決這個(gè)問(wèn)題。
他們先把鋁箔浸泡在鹽水中，去除氧化層；然后，將鋁箔轉(zhuǎn)移到無(wú)氧環(huán)境中，防止其再氧化；最后，將蝕刻的鋁放入反應(yīng)器中，并通過(guò)化學(xué)氣相沉積法來(lái)生長(zhǎng)CNT。
“最令人吃驚的是得到的新材料極黑——該材料從各個(gè)角度吸收的入射光都大于99.995%?！贝蘅珊秸f(shuō)。
“萬(wàn)物DNA”讓存儲(chǔ)無(wú)處不在
全球的數(shù)據(jù)量不斷增加，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)，如硬盤(pán)和磁帶，越來(lái)越難以跟上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。隨著這些裝置逐漸達(dá)到存儲(chǔ)極限，DNA被當(dāng)作一種長(zhǎng)期存儲(chǔ)方案提了出來(lái)。
過(guò)去的研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了DNA的持久性和存儲(chǔ)海量信息的能力，現(xiàn)在研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種前所未有的方式，可利用其持久性進(jìn)行存儲(chǔ)。
10月，哥倫比亞大學(xué)著名專家、以色列計(jì)算遺傳學(xué)家亞尼夫·埃爾利赫與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家運(yùn)用“萬(wàn)物DNA”特殊材料3D打印了一只“兔子”。
他們先將常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)圖形測(cè)試模型“斯坦福兔子”的藍(lán)圖編碼為DNA兼容格式，再將其存儲(chǔ)在DNA分子中，進(jìn)而將DNA分子封裝在二氧化硅小球內(nèi)，將小球嵌入可生物降解的熱塑性聚酯中，最后使用所得的熱塑性聚酯3D打印了“兔子”。
之后，團(tuán)隊(duì)利用存儲(chǔ)在“兔子”中的DNA進(jìn)行復(fù)制：從3D打印兔身上截下一小塊，解碼其中包含的DNA分子。這樣創(chuàng)造出了5代“兔子”，且沒(méi)有任何信息損失，由前一代擴(kuò)增的DNA被封裝到下一代中；DNA藍(lán)圖一直保持穩(wěn)定——即使第四代和第五代之間相隔了9個(gè)月。
在第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員將一段有關(guān)華沙猶太區(qū)檔案的視頻編碼進(jìn)樹(shù)脂玻璃中，再用該樹(shù)脂玻璃制造普通的眼鏡。只需一小塊樹(shù)脂玻璃，就能恢復(fù)其中隱藏的信息。
研究團(tuán)隊(duì)由此提出了“萬(wàn)物DNA”概念，將信息藏于其中，讓存儲(chǔ)無(wú)處不在。
歲末之際，我們回望并梳理了一年來(lái)的科技大事件，以此紀(jì)念不平凡的2019。
棉花種子在月球上發(fā)芽
棉花種子成為人類在月球上種植出的第一株植物嫩芽。1月15日，重慶大學(xué)舉辦嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷新聞發(fā)布會(huì)，對(duì)外正式公布這一消息。
“這是人類首次在月球上開(kāi)展生物試驗(yàn)。”重慶大學(xué)副校長(zhǎng)、科普載荷項(xiàng)目總指揮劉漢龍介紹。
由重慶大學(xué)牽頭的嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷內(nèi)搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅6種生物，均放置于密封的生物科普試驗(yàn)載荷罐內(nèi)。生物科普試驗(yàn)載荷罐是一個(gè)高度密封的圓柱形抗壓容器，由高性能鋁合金制成并進(jìn)行了防腐處理?！肮拮印敝睆?73毫米、高198.3毫米，由結(jié)構(gòu)模塊、熱控模塊、控制模塊等組成，載荷內(nèi)除搭載6種生物外，還有18毫升水，以及土壤、空氣、熱控和兩個(gè)記錄生物生長(zhǎng)狀態(tài)的相機(jī)。
載荷罐在登陸月球后第一天——1月3日23時(shí)18分加電開(kāi)機(jī)，開(kāi)始進(jìn)入生物月面生長(zhǎng)發(fā)育模式。1月12日20時(shí)，隨嫦娥四號(hào)登陸月球背面的生物科普試驗(yàn)載荷罐傳回最后一張?jiān)囼?yàn)照片，顯示罐內(nèi)生長(zhǎng)出的棉花種子嫩芽長(zhǎng)勢(shì)良好。
室溫下二氧化碳?xì)怏w變電池
2月，英國(guó)《自然·通訊》雜志發(fā)表了一項(xiàng)化學(xué)最新突破，科學(xué)家首次在室溫下將氣態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為固體碳材料，并用于能量?jī)?chǔ)存。該方法將為去除大氣中的二氧化碳作貢獻(xiàn)，成為可行的“負(fù)碳排放”技術(shù)。
眾所周知，“負(fù)碳排放”技術(shù)對(duì)于維持未來(lái)氣候的穩(wěn)定至關(guān)重要。雖然目前很多研究都專注于將二氧化碳還原成高附加值產(chǎn)品，如化學(xué)原料和燃料，但這些方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)永久性碳捕捉。
此次研究人員研發(fā)了一種液態(tài)金屬電催化劑。這一液態(tài)金屬催化劑基于無(wú)毒鎵合金，能防止結(jié)焦，即固碳吸附于催化劑表面，降低催化劑的活性。研究團(tuán)隊(duì)隨后將收集得到的固體產(chǎn)物制成超級(jí)電容，該超級(jí)電容器未來(lái)有望成為輕量級(jí)電池材料。
研究人員指出，此前的碳納米材料制備方法通常需要幾百攝氏度的高溫，而他們研發(fā)的技術(shù)可以幫助降低二氧化碳轉(zhuǎn)化的高能耗需求?？茖W(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究對(duì)于去除大氣中的二氧化碳具有重要應(yīng)用價(jià)值。
第三種五夸克粒子被發(fā)現(xiàn)
4月，歐核中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)LHCb團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了第三種五夸克粒子。新結(jié)果有望進(jìn)一步揭示夸克理論的諸多奧秘。
此前，五夸克態(tài)物質(zhì)的存在只停留在理論階段，2015年，LHCb宣布發(fā)現(xiàn)首個(gè)五夸克粒子。如今，該團(tuán)隊(duì)在對(duì)該粒子進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)它已一分為二。原來(lái)，最初的五夸克實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的五夸克(被稱為第一種和第二種五夸克粒子)，它們質(zhì)量相近，宛若一個(gè)粒子。
夸克理論是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的關(guān)鍵組成部分。該理論認(rèn)為，存在上、下、粲、奇、底和頂6種夸克，它們都擁有自己的反物質(zhì)。
夸克和反夸克結(jié)合會(huì)形成“強(qiáng)子”。強(qiáng)子分兩類：由3個(gè)夸克構(gòu)成的“重子”(包括質(zhì)子和中子)和由夸克、反夸克組成的“介子”。
科學(xué)家也提出了其他更奇特的夸克組合，比如，由兩個(gè)夸克和兩個(gè)反夸克組成的四夸克粒子，以及由4個(gè)夸克和1個(gè)反夸克組成的五夸克粒子。那么，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的3種五夸克是5個(gè)夸克均勻混合，還是由一個(gè)重子和一個(gè)介子黏在一起形成的松散“分子”？團(tuán)隊(duì)目前傾向于后者。
超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新
5月，超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新一事，再次吸引了世人的目光。
超導(dǎo)材料能無(wú)損耗傳輸電能，但其應(yīng)用卻因超導(dǎo)態(tài)嚴(yán)苛的低溫要求而受限。因此，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)成為科學(xué)家的重要目標(biāo)，如今他們離這一目標(biāo)越來(lái)越近。在《自然》雜志上，美德兩國(guó)科學(xué)家組成的研究小組發(fā)表論文稱，他們實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高壓下的氫化鑭在250K(K代表絕對(duì)溫標(biāo)開(kāi)爾文，250K大約為-23℃)時(shí)具有超導(dǎo)性。
據(jù)報(bào)道，研究人員使用一種被稱為金剛石壓腔的設(shè)備，利用兩顆金剛石擠壓一小塊兒鑭樣品，使其在170吉帕的高壓下轉(zhuǎn)化為氫化鑭化合物——LaH10，然后用X射線探測(cè)其結(jié)構(gòu)和成分。研究人員觀察到LaH10具有零電阻、在外加磁場(chǎng)作用下臨界溫度會(huì)降低、同位素效應(yīng)(臨界溫度依賴于同位素質(zhì)量的現(xiàn)象)這3個(gè)超導(dǎo)材料特征，但因樣本量太小而無(wú)法對(duì)超導(dǎo)材料的另一個(gè)重要特征——邁斯納效應(yīng)(一種超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的排斥現(xiàn)象)進(jìn)行觀測(cè)。他們表示，其所觀察到的3個(gè)特征已可以證明，在250K的溫度下，氫化鑭在超過(guò)100萬(wàn)倍地球大氣壓下會(huì)變成超導(dǎo)物質(zhì)。
250K，是目前人類高溫超導(dǎo)的最新紀(jì)錄，比此前的最高臨界溫度增加了50K左右。
3D打印會(huì)“呼吸”的人造器官
5月，《科學(xué)》雜志封面報(bào)道了美國(guó)萊斯大學(xué)與華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的一項(xiàng)具有里程碑意義的研究成果。該團(tuán)隊(duì)克服了3D打印器官的一大障礙，創(chuàng)造出一個(gè)由水凝膠3D打印而成的肺氣囊模型。該模型具有與人體血管和氣管結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠像肺部一樣朝周?chē)难茌斔脱鯕?，完成“呼吸”過(guò)程。而只有打印的組織能像健康組織一樣“呼吸”，且構(gòu)建出可與其他組織交互的管路系統(tǒng)，它們?cè)诠δ苌喜艜?huì)更接近健康組織。
研究人員表示，在制造具有功能的組織替代品時(shí)，面臨的一大攔路虎就是無(wú)法打印那些為組織輸送營(yíng)養(yǎng)的血管。為了解決這一問(wèn)題，這支團(tuán)隊(duì)使用了一種全新的3D打印技術(shù)。首先，在電腦設(shè)計(jì)過(guò)程中，將復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)分解為多層二維打印的藍(lán)圖；其次，使用一種液體的水凝膠溶液按藍(lán)圖進(jìn)行打印，并通過(guò)特殊的藍(lán)光進(jìn)行逐層固化。經(jīng)過(guò)一層一層的堆積，就形成了一個(gè)三維的凝膠結(jié)構(gòu)。在測(cè)試中，研究人員欣喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅細(xì)胞從這一系統(tǒng)打印出的“血管”中流過(guò)時(shí)，能夠有效從呼吸的“肺部”獲取氧氣，這與肺泡附近的氧氣交換如出一轍。
給量子糾纏拍攝首張“寫(xiě)真”
7月，英國(guó)物理學(xué)家首次拍攝到一種量子糾纏的照片，這一結(jié)果有望促進(jìn)量子計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展。
在量子力學(xué)領(lǐng)域，兩個(gè)相互作用的粒子——例如通過(guò)分束器的兩個(gè)光子，無(wú)論它們相隔多遠(yuǎn)，仍能以一種非常奇怪的方式“糾纏”在一起，瞬間共享它們的物理狀態(tài)。這種聯(lián)系被稱為量子糾纏，是量子力學(xué)領(lǐng)域的基本現(xiàn)象之一，愛(ài)因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”。
今天，雖然量子糾纏在量子計(jì)算和密碼學(xué)等實(shí)際應(yīng)用中大顯身手，但這種現(xiàn)象從未被拍攝到。最新研究中，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)朝著在液晶材料上顯示的“非傳統(tǒng)物質(zhì)”發(fā)射了源于一個(gè)量子光源的一束糾纏光子，這些液晶材料會(huì)在光子通過(guò)時(shí)改變光子的相位。
他們放置了一臺(tái)超靈敏的相機(jī)，能夠檢測(cè)單個(gè)光子。在看到光子和與它發(fā)生糾纏的“雙胞胎”同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，相機(jī)拍攝了圖像，首次為光子糾纏留下了珍貴的影像，得到的圖像顯示兩個(gè)光子似乎相互反射并形成了一個(gè)指環(huán)形狀。
論文第一作者、格拉斯哥大學(xué)物理與天文學(xué)院保羅-安東尼·莫羅博士說(shuō)：“這張圖像是對(duì)自然基本屬性的優(yōu)雅展示，量子糾纏第一次以圖像的形式被看到，這一結(jié)果可推動(dòng)量子計(jì)算新興領(lǐng)域的發(fā)展，并催生新型成像技術(shù)和設(shè)備?！?/span>
向“模擬大腦”邁進(jìn)
7月，英特爾公司展示了其最新的Pohoiki Beach芯片系統(tǒng)。其包含多達(dá)64顆Loihi芯片，集成了1320億個(gè)晶體管，擁有800多萬(wàn)個(gè)“神經(jīng)元”和80億個(gè)“突觸”。該芯片系統(tǒng)在人工智能任務(wù)中的執(zhí)行速度要比傳統(tǒng)CPU快1000倍，能效可提高1萬(wàn)倍，可在圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛和自動(dòng)化機(jī)器人等方面帶來(lái)巨大技術(shù)提升。該神經(jīng)擬態(tài)系統(tǒng)的問(wèn)世，預(yù)示著人類向“模擬大腦”這一目標(biāo)邁出了一大步。
與人腦中的神經(jīng)元類似，Loihi擁有數(shù)字“軸突”用于向臨近“神經(jīng)元”發(fā)送電信號(hào)，也有“樹(shù)突”用于接收信號(hào)，在兩者之間還有用于連接的“突觸”。英特爾表示，基于這種芯片的系統(tǒng)已經(jīng)被用于模擬皮膚的觸覺(jué)感應(yīng)、控制假腿等任務(wù)。
最輕中微子質(zhì)量被限定
中微子無(wú)處不在，但由于它們幾乎不與普通物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，很難被探測(cè)到，所以被稱為“幽靈粒子”。盡管經(jīng)過(guò)50多年追尋，科學(xué)家仍對(duì)它們所知甚少，甚至不知道它們的質(zhì)量。
8月，英國(guó)科學(xué)家限定了中微子家族中最輕成員的質(zhì)量——不超過(guò)0.086電子伏特，約為單個(gè)電子質(zhì)量的600萬(wàn)分之一。
中微子的行為會(huì)改變整個(gè)星系和其他巨大天體結(jié)構(gòu)的行為?；诖?，研究人員從重子振蕩光譜巡天調(diào)查中獲取了約110萬(wàn)個(gè)星系的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合其他宇宙學(xué)信息和地球上中微子實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果，將所有這些信息輸入一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，計(jì)算出了最輕中微子的質(zhì)量(有3種中微子質(zhì)量)。
雖然物理學(xué)家可能永遠(yuǎn)無(wú)法精確地確定這3種中微子的質(zhì)量，但他們可以不斷接近。隨著地球上的實(shí)驗(yàn)和太空測(cè)量的改進(jìn)，中微子的質(zhì)量范圍將不斷縮小，從而更好地解釋整個(gè)宇宙是如何組合在一起的。
制出世界上最黑的材料
9月，中美科學(xué)家報(bào)告說(shuō)，他們研制出了一種比之前最黑材料還要黑10倍的材料。
新材料由碳納米管(CNT)陣列制成，可捕獲99.995%的入射光，是迄今為止最黑的材料。
這種新材料除了具有藝術(shù)表現(xiàn)力外，還可能具有實(shí)用價(jià)值，例如用于遮光罩中減少不必要的眩光、幫助太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)系外行星等。
研究合作者、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授崔可航表示，他們最初并不打算設(shè)計(jì)一種超黑材料，而是嘗試讓CNT在鋁等導(dǎo)電材料上生長(zhǎng)，但讓CNT在鋁上生長(zhǎng)遇到了麻煩。
鋁暴露于空氣中會(huì)被氧化，氧化物會(huì)覆蓋鋁，就像絕緣體一樣，導(dǎo)致鋁的導(dǎo)電和加熱性能無(wú)法改善。于是，他們開(kāi)始尋找去除鋁氧化層的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽(氯化鈉)可以解決這個(gè)問(wèn)題。
他們先把鋁箔浸泡在鹽水中，去除氧化層；然后，將鋁箔轉(zhuǎn)移到無(wú)氧環(huán)境中，防止其再氧化；最后，將蝕刻的鋁放入反應(yīng)器中，并通過(guò)化學(xué)氣相沉積法來(lái)生長(zhǎng)CNT。
“最令人吃驚的是得到的新材料極黑——該材料從各個(gè)角度吸收的入射光都大于99.995%?！贝蘅珊秸f(shuō)。
“萬(wàn)物DNA”讓存儲(chǔ)無(wú)處不在
全球的數(shù)據(jù)量不斷增加，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)，如硬盤(pán)和磁帶，越來(lái)越難以跟上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。隨著這些裝置逐漸達(dá)到存儲(chǔ)極限，DNA被當(dāng)作一種長(zhǎng)期存儲(chǔ)方案提了出來(lái)。
過(guò)去的研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了DNA的持久性和存儲(chǔ)海量信息的能力，現(xiàn)在研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種前所未有的方式，可利用其持久性進(jìn)行存儲(chǔ)。
10月，哥倫比亞大學(xué)著名專家、以色列計(jì)算遺傳學(xué)家亞尼夫·埃爾利赫與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家運(yùn)用“萬(wàn)物DNA”特殊材料3D打印了一只“兔子”。
他們先將常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)圖形測(cè)試模型“斯坦福兔子”的藍(lán)圖編碼為DNA兼容格式，再將其存儲(chǔ)在DNA分子中，進(jìn)而將DNA分子封裝在二氧化硅小球內(nèi)，將小球嵌入可生物降解的熱塑性聚酯中，最后使用所得的熱塑性聚酯3D打印了“兔子”。
之后，團(tuán)隊(duì)利用存儲(chǔ)在“兔子”中的DNA進(jìn)行復(fù)制：從3D打印兔身上截下一小塊，解碼其中包含的DNA分子。這樣創(chuàng)造出了5代“兔子”，且沒(méi)有任何信息損失，由前一代擴(kuò)增的DNA被封裝到下一代中；DNA藍(lán)圖一直保持穩(wěn)定——即使第四代和第五代之間相隔了9個(gè)月。
在第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員將一段有關(guān)華沙猶太區(qū)檔案的視頻編碼進(jìn)樹(shù)脂玻璃中，再用該樹(shù)脂玻璃制造普通的眼鏡。只需一小塊樹(shù)脂玻璃，就能恢復(fù)其中隱藏的信息。
研究團(tuán)隊(duì)由此提出了“萬(wàn)物DNA”概念，將信息藏于其中，讓存儲(chǔ)無(wú)處不在。
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