《物理世界》年度十大突破是由5位《物理世界》杂志编辑从网站上发布的数百项研究项目中筛选出来的。
除了项目本身在2019年被《物理世界》报道过之外，还必须符合以下几项标准：
知识或认识方面的重大科学进步； 对科学进步和/或实际应用发展的研究重要性； 综合考虑《物理世界》读者们的兴趣。
突破榜单：捕捉黑洞
2019年度《物理世界》重大突破榜单由天文学家通过事件视界望远镜（Event Horizon Telescope, EHT）捕捉黑洞及其“阴影”的第一张图像证据获得。
（参阅：）
首张黑洞图像
这张具有代表性的图片显示了一个位于距离地球5500万光年的星系中心的黑洞周围类似“甜甜圈”的环状放射物。
参与事件视界望远镜的天文学家们是首批拍摄到黑洞事件视界附近区域图像的科学家，在这里由于极强的引力使得物质和能量都无法逃离。
事件视界望远镜通过分布在全球六个不同地点的八个无线望远镜共同成像完成的，这本身就是一个工程上的突破。
黑洞的质量是太阳的65亿倍。图片中被照亮的圆形环面是围绕在黑洞吸积盘周围的气体和尘埃。它们被加热到几十亿度，并通过无线电波发射出明亮的光芒。爱因斯坦在广义相对论预言黑洞周围会有一个大约是视界半径三倍的“阴影”，在这张图片里得到了证实。
这个阴影非常有趣，因为它的大小和形状主要取决于黑洞的质量，只有少部分因素取决于黑洞旋转的速度。
来自麻省理工学院（MIT）海斯塔克天文台（Haystack Observatory）的谢泼德·杜勒曼（Sheperd Doeleman）在2019年4月10日宣布这一观测结果时说道：“这是我们首次向所有人类展示了黑洞的全貌，为我们继续探索宇宙打开了一扇门。”
神经修复装置将大脑活动转化为语言
来自哥伦比亚大学扎克曼研究所的Hassan Akbari和Nima Mesgarani以及他们的同事们，还有来自加利福尼亚大学旧金山分校的Edward Chang、Gopala Anumanchipalli和Josh Chartier共同开发了能从神经活动中重建语音的神经修复装置。
这个新装置可以帮助无法说话的人恢复与外界沟通的能力。受益对象包括瘫痪病人及中风康复者。除了医学应用之外，将一个人的想法直接翻译成语言，可以使计算机直接与大脑进行交流得以实现。
“火星地震”首次发现
（图片来源于网络）
《物理世界》研究突破之一由美国宇航局探测火星地震信号的科学家们获得。
研究人员在2019年4月6日发现了第一场“火星地震”。他们认为，这场微小的地震起源于行星内部，而非风或其他地表现象造成的。这颗红色行星现同月球一起，成为探测地外地震活动的星球。并且火星同月球一样，没有构造板块，因此在地震活动方面预计会比地球安静得多。对火星地震学的研究可以提供关于火星内部构造以及如何形成的重要信息。
在粲介子中发现对称性破坏
在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上进行LHCb实验的物理学家们成为第一批测量粲介子中电荷奇偶性 （Charge-parity, CP） 破坏的人。
研究小组通过测量D0介子 （包含一个粲夸克） 与反D0介子衰变为一对K介子/反K介子或一对Π介子/反Π介子的速率差来发现电荷奇偶性的破坏。由于D0介子和反D0介子衰变会产生相同的物质，LHCb团队面临的最大挑战是确定物质与D0相关还是与反D0相关。
虽然这一最新的测量结果与我们目前对电荷奇偶性破坏的理解是一致的，但它打开了寻找标准模型之外的物理可能性。
“小大电感线圈”创造破纪录的连续磁场
来自佛罗里达州塔拉哈西美国强磁场实验室（MagLab）的Seungyong Hahn和他的同事们创造了实验室里有史以来最高的连续磁场。
这项45.5T的记录是用一种被称为“小大电感线圈”的紧凑高温超导体磁体创造的。先前的45T记录是由一块重35吨的磁铁创造的，而MagLab的设备只有390克。磁铁的设计目的是为了获得更高的磁场，但在打破记录的运行过程中被损坏。
这一突破可能将用于医学磁共振成像、粒子加速器和聚变装置等一系列应用的强磁场磁体的改进中。
卡西米尔效应为微小物质制造“量子陷阱”
加州大学伯克利分校的Xiang Zhang和他的同事是第一批利用卡西米尔效应捕捉微小物质的研究者。
卡西米尔效应是一种奇怪的现象，量子波动可以在物体之间产生吸引力和排斥力。Zhang和他的同事们使用了可调的吸引力和排斥力的组合，在没有能量输入的情况下，在黄金和特氟龙表面之间固定住了一小块金箔。测量俘获过程中所涉及的微小力是光学计量学的一项胜利，它使人们更好地了解卡西米尔力如何影响微机械设备的运行。
如果能进一步控制这些力，甚至有可能在实际应用中使用被捕获的粒子。
反物质量子干涉术首次亮相
利用正电子和激光的量子干涉和引力协作（QUPLAS）项目组对反物质进行了第一次双狭缝实验。
他们的实验包括通过向周期放大的双光栅Talbot-Lau干涉仪发送一束正电子（反电子），显示出反粒子在经过量子干涉后的行为类似于波。研究人员还观察到了一种衍射模式，这种模式随着正电子束能量的改变而改变。这种模式在经典物理学上无法解释，但在量子理论中已经被预测到了。
这一突破可能导致其他实验去寻找物质和反物质量子性质之间的差异。
量子计算机的表现超越传统超级计算机
来自Google AI Quantum的Hartmut Neven和John Martinis以及其他几间美国科研机构和大学的研究者作为第一批在量子计算机上进行计算的人，量子计算机的计算时间比传统超级计算机要快得多。
不同于传统计算机，这台“量子至上”的计算机是由53个可编程超导量子比特组成，能在大约200秒内完成了一项基准计算。 而研究小组估计，一台超级计算机完成同样的计算大约需要10000年的时间。 尽管批评人士称，超级计算机的实际运算时间大概只需要2.5天，但量子计算机在这方面仍有明显的优势。
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利用原子捕获干涉测量微小引力
来自加州大学伯克利分校的Victoria Xu和同事们开创了一种更紧凑的新方法，利用被捕获的原子测量引力造成的局部加速度。
他们依照原子云首先在空间中的垂直分离，然后再重新组合时产生的干涉模型设计了“量子引力仪”。大多数引力仪是测量原子在空间里坠落时产生的重力对原子的影响，但伯克利装置则是将原子停留在一个光阱中，并与重力场进行长达20秒的相互作用。
这种方式提高了测量的灵敏度，为从地球物理勘探到基本力敏感测试的应用铺平了道路。
首次发明儿童使用的可穿戴MEG扫描仪
来自诺丁汉大学、牛津大学和伦敦大学学院的Ryan Hill、Matthew Brookes与同事们合作开发了一种轻便的“自行车头盔”式脑磁图（MEG）扫描仪，用于测量儿童进行日常运动的大脑活动。
传统的MEG系统体积庞大，通过在一个固定尺寸的头盔中使用低温冷却传感器测量大脑产生的微小磁场，对任何头部运动都高度敏感。相反，研究小组在一个500克的头盔上使用了轻型光泵磁力仪，可以适应任何头部形状或大小。
这台扫描仪目前已经被用于一个两岁的儿童（需要通过镇静剂才能完成扫描的年龄）、一个五岁看电视的小孩、一个玩电脑游戏的青少年和一个弹奏乌克丽丽的成年人身上。
