《物理世界》杂志年度十大发现:首张黑洞照片居榜首

新浪科技 2019/12/18 8:09:18 责编:远洋

北京时间12月18日消息,据国外媒体报道,日前,《物理世界》杂志最新评选出2019年十大发现,其中科学家拍摄黑洞照片排名第一,以下是该媒体评选的2019年十大发现:

1、直接观测黑洞及其“影子”

图中显示距离地球5500万光年的星系中心,存在一个环绕超大质量黑洞的环形射电辐射,事件视界望远镜天文学家首次获得黑洞事件视界附近图像,宇宙物质和能量均无法逃脱黑洞的强大引力作用,这是通过全球6个不同地点8个射电望远镜观测的结果。这个黑洞的质量是太阳65亿倍,图中明亮环状结构是吸积盘中黑洞周围的气体和尘埃,它被加热到数十亿摄氏度,从而会发出明亮的无线电波。爱因斯坦广义相对论预测黑洞有一个“影子”,其半径大约是黑洞视界半径3倍,黑洞的影子十分有趣,其大小和形状主要取决于黑洞的质量,同时也取决于黑洞旋转速度。

2、神经义肢技术装置将脑活动转换为语言

来自哥伦比亚大学祖克曼研究所的Hassan Akbari、Nima Mesgarani,以及加州大学旧金山分校的Edward Chang等人共同开发了一种神经修复装置,能够从神经活动中重建语言,该装置能够帮助那些不能说话的人群重新获得与外界交流的能力,受益者包括:瘫痪患者、中风患者。除了在医学上的应用之外,还可将人类思想直接转换成语言,这样可使计算机与大脑直接交流成为现实。

3、首次发现“火震”

美国宇航局“洞察号”火星任务科学家首次发现“火震”信号,该信号是4月6日探测到的,研究人员认为,这种微小震动源自火星内部,而不是火星风或者其他表面现象。与月球一样,火星没有构造板块,因此在地震活动方面比地球更加安静,研究火星地震学将提供火星内部的重要信息,揭晓该行星是如何形成的。

4、CERN物理学家发现粲夸克的不对称性

欧洲核子研究中心大型强子对撞机实验物理学家首次测量粲夸克(charm mesons)的“电荷——宇称不守恒(CP)”现象,研究人员通过测量D0介子(包含1个粲夸克)和反D0介子与K介子/反K介子对或者介子/反介子对的衰变速率,从而发现“电荷——宇称不守恒”不对称性。由于D0介子和反D0介子产生相同的物质,欧洲核子研究中心最大的挑战是确定是否有某个事件与DO或者反DO介子有关,虽然这一最新测量结果与我们目前对“电荷——宇称不守恒”现象不对称性的理解是一致的,但它开启了寻找标准模型之外的物理学可能性。

5、“小线圈”创造破纪录的连续磁场

美国佛罗里达州塔拉哈西市国家高磁场实验室(MagLab)研究员Seungyong Hahn和同事在实验室建立了有史以来最高的连续磁场,他们使用一个叫做“小线圈”的袖珍、高温超导磁体制造的连续磁场强度达到45.5特斯拉,相比之下,冰箱磁体只有1特斯拉的1%。这是一种混合动力磁铁,依靠将一个异常冷的超导体与一个更典型的电磁铁配对工作,之前实现该状况需要一个小型建筑管道,以及35吨的机械装置,但最新设计的“小线圈”超导磁体,只有390克重,看起来有点像用薄金属片包裹的扁平圆盘,它是由稀土钡铜氧化物(REBCO)制成,取代了45吨重混合磁铁中使用的铌基合金。

6、卡西米尔效应为微小物体创造了“量子陷阱”

美国加州大学伯克利分校的张翔(音译)和同事首次采用卡西米尔效应(Casimir effect)诱捕微小物体,卡西米尔效应是一种奇特的现象,量子波动可在物体之间产生吸引力和排斥力。张翔和同事使用可协调的卡西米尔效应引力和排斥力组合,在没有能量输入的情况下,在黄金和聚四氟乙烯表面之间夹住一小片金箔。测量参与能量捕获过程的微小作用力是光学计量的一个胜利,并提供了一个机会更好地理解卡西米尔效应如何影响微机械设备的操作,如果这些效应进一步被控制,甚至可能会有涉及捕获粒子的实际应用。

7、反物质量子干涉法首次亮相

反物质不仅是一种粒子,也是一种波,即使在单个反物质粒子层面上,这种观点也是成立的。为了证实反物质即是正电子,也是波,物理学家进行了更加复杂的“双缝实验”,1927年,“双缝实验”首次证实了电子——物质的一种方式,同时证实反物质即是粒子,也是一种波。由于“双缝实验”是两个波重叠但在相对移动时波峰和波谷会相互抵消或叠加,形成一种独特模型,该实验类型也称为“干涉测量法”。今年6月份,意大利和瑞士物理学家找到了如何产生低能量正电子束,可作为“双缝实验”中首个反物质量子干涉法。

8、量子计算机性能优于传统超级计算机

哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)、约翰·马丁尼斯(John Martinis)以及谷歌AI量子等多家美国研究机构的专家,他们首次实现量子计算机计算运行。事实证明量子计算机比传统超级计算机进行的计算时间更短,这种量子计算机是由53个可编程超导量子比特组成,大约仅需200秒就能完成一次基准计算,相比之下,这一计算则需要超级计算机运行1万年才能完成。

9、紧凑型重力探测仪

美国加州大学伯克利分校研究员维多利亚·徐(Victoria Xu)和同事制作一个微型重力探测仪,利用捕获的原子来测量由于引力起到的局部加速度,这种“量子重力仪”依赖于原子云在太空中首先垂直分离再重新结合时产生的干涉图样。大多数重力仪测量的是原子下落时重力对其产生的影响,而最新设计的重力探测仪是将原子悬浮在一个光学陷阱中,在其中原子与引力场相互作用长达20秒时间。这种微型重力探测仪大幅提高了测量灵敏度,从而为地球物理勘探至基本力敏感测试等应用奠定基础。

10、面向儿童的首款可穿戴式脑磁扫描仪

英国科学家瑞恩·希尔(Ryan Hill)、马修·布鲁克斯(Matthew Brookes)和同事研制一种“自行车头盔”式脑磁图扫描仪(MEG),用于测量儿童日常活动中的大脑活跃情况。相比之下,传统脑磁图系统通过使用低温冷却传感器测量大脑产生的微弱磁场,该传感器可以安装在尺寸适当的所有人头盔中,但是该头盔体积较大,对任何头部运动高度敏感。目前,研究人员在500克重的头盔上安装轻型光泵磁力仪,可以适应任何形状大小的头部,它可应用于2-5岁看电视的儿童,玩电脑游戏的青少年,以及弹奏尤克里里琴的成年人。

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关键词:黑洞

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