|
2022年对大多数人来说都是平凡的一年，对科学界来说也是如此。2022年尽管没有诞生出像爱因斯坦和牛顿那样的科学家，但无论是奇异的微观世界，还是无限广阔的太空，2022 年对于突破性的物理学来说都是绝对充实的一年。 1. 核聚变点火成功  美国国家点火装置的聚变反应发生在世界上最强大的激光系统的核心，每次发射时消耗约 400 MJ 的能量。 12 月，美国政府资助的位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施 (NIF) 的科学家们使用世界上最强大的激光实现了物理学家近一个世纪以来一直梦想的事情——核聚变。 该演示标志着核反应堆炽热核心中等离子体的能量首次超过激光束入的能量，并且一直在号召聚变科学家实现近乎无限和清洁能源的遥远目标事实上，是可以实现的。 然而，科学家们仍然警告说，来自等离子体的能量仅超过来自激光的能量，而不是来自整个反应堆的能量。此外，NIF 反应堆使用的激光约束方法，仅用于测试炸弹开发的热核爆炸，将难以扩大规模。我们距离商业化的聚变反应堆可能还有几十年的时间，但这并不意味着这个突破是没有意义的。 2. NASA控制航天器故意撞击小行星以偏移小行星轨道  从 LICIACube 拍摄的图像显示了 DART 撞击后不久从 Dimorphos 小行星流出的喷射物羽流。 9 月，NASA 的科学家故意将重 550 公斤、价值 3.14 亿美元的双小行星重定向测试(DART) 航天器驶入距离其确切中心仅 17米的小行星 Dimorphos ，从而击中了这颗太空“靶心” 。 该测试的目的是看看在给定足够的前置时间的情况下，沿着计划轨道推进的小型航天器是否可以重定向小行星，使其免受对地球的潜在灾难性影响。 这是一个巨大的成功。探测器最初的目标是将 小行星 Didymos的轨道改变至少 73 秒，但航天器实际上将 Dimorphos 的轨道改变了惊人的 32 分钟。美国宇航局称这次碰撞是行星防御的分水岭，标志着人类首次证明有能力避免来自小行星导致的世界末日。 但这并不是唯一一次进行这样的测试：我国表示，到 2026 年，会将重达 992 吨的长征 5 号火箭中的 23 枚撞击小行星本努，这是另一次尝试重新定向太空岩石的尝试.，而这一次，本努实际上可能对地球构成威胁——据估计，在未来 300 年内，Bennu 撞击地球的几率为 1,750 分之一。 3. 科学家使原子隐形的曲速引擎实验增加了斯蒂芬·霍金著名预言的可信度  如果你操纵宇宙飞船周围的空间，理论上可以比光速更快地行进。 物理学家提出了一个全新的桌面实验，将电子加速到光速，使其隐形，并将其沐浴在微波光子或光包中。 他们的目标是发现 Unruh 效应，这是一种假设但尚未被发现的现象，它表示以光速运动的粒子应该为周围的真空提供足够的能量以产生虚拟粒子流，将其沐浴在空灵的量子辉光。由于这种效应与霍金效应密切相关——在霍金效应中，被称为霍金辐射的虚拟粒子会自发地出现在黑洞的边缘，而且这两种效应都与难以捉摸的量子引力理论有关，科学家们长期以来一直渴望发现一个作为对方存在的暗示。 但要一瞥这种效果需要巨大的加速度，这远远超出任何现有粒子加速器的能力。因此，物理学家提出了一种巧妙的解决方法，使用一种称为加速诱导透明的技术来刺激这种效果。通过用强大的微波束沐浴电子周围的真空，同时使电子本身不可见，这样光就不会干扰它；研究发现，他们因此应该能够挑逗出微弱的光芒。 4. 科学家通过首次模拟全息虫洞发送信息  虫洞是在极端引力条件下产生的，但一个奇怪的理论也可能意味着它们可能是由量子纠缠产生的。 在另一个精通量子修补的例子中，物理学家使用谷歌的 Sycamore 2 量子计算机模拟了有史以来第一个全息虫洞并通过它传输信息。穿越时空的“虫洞”裂缝不是由引力造成的，而是通过量子纠缠产生的——连接两个或多个粒子，使得测量一个粒子会立即影响其他粒子—部分原因是为了检验宇宙是其上的全息图的理论其低维表面量子效应和引力合并为一体。 但实验本身是在 Sycamore 2 芯片上仅使用九个量子位或量子位完成的。通过在芯片的两侧纠缠两个量子位，科学家们能够将信息从一侧完整地传输到另一侧，就好像它们是由虫洞连接的两个黑洞一样。研究人员不确定他们是否已经足够接近地模拟黑洞，使它们被认为是真实事物的奇怪变体，并最终将他们的量子计算机裂缝称为“紧急”黑洞。他们实验的成功创造了一个全新的系统，可用于测试量子力学和引力的交叉点，并弄清楚我们到底是否只是全息图。 5. 人类迄今拍摄到的最深、最详细的宇宙照片  这张星系团 SMACS 0723 的图像被称为韦伯第一深场，是迄今为止遥远宇宙中最深、最清晰的红外图像。 美国宇航局终于将詹姆斯·韦伯太空望远镜上线，公布了它的第一张全彩色图像，这是迄今为止拍摄到的最深、最详细的宇宙图片。这幅名为“韦伯的第一深场”的图像看起来非常遥远，以至于它捕捉到的光来自于我们的宇宙只有几亿年的年龄，就在星系开始形成、第一批恒星发出的光开始闪烁的时候。 该图像包含一个极其密集的星系集合，从这些星系发出的光在到达我们的途中被星系团的引力在称为引力透镜的过程中扭曲了；使更微弱的光线成为焦点。但是，尽管视野中的星系数量多得令人眼花缭乱，但这幅图像只代表了一小片天空。 6.科学家利用强子对撞机再现了宇宙诞生之初的“原子汤”  粒子从碰撞的铅离子中涌现出来，铅离子形成了宇宙起源的粒子汤。 回顾过去的方法不止一种。1 月，世界上最大的原子对撞机大型强子对撞机的物理学家重建了在大爆炸后的千亿分之一秒内的宇宙，方法是将铅离子撞击在一起形成夸克胶子等离子体——一种由基本粒子组成的沸腾汤，其中包含宇宙物质的基石。从这个等离子汤中，在数以万亿计的其他粒子中，出现了 X 粒子。 由于结构未知而得名，X 粒子一直难以捉摸，因为它的寿命非常短，几乎瞬间衰变为更稳定的粒子。物理学家筛选了数十亿个相互作用以找到这种独特的衰变结构，从庞大的数据集中梳理出大约 100 个粒子。 现在物理学家已经找到了它的特征，他们想弄清楚它的结构。质子和中子由三个紧密结合的夸克组成，但研究人员认为 X 粒子看起来会完全不同，它包含四个以他们尚未弄清楚的方式结合在一起的夸克。他们需要再点一些血浆汤。 7. 天文学家确定了一场巨大的超新星爆炸，以至于他们不得不给它一个新的类别  一颗中子星（死星的坍缩核心）位于气体和碎石环的中心。 大爆炸并不是今年唯一被调查的大爆炸。2011 年，天文学家在银河系边缘看到一颗死星以极其猛烈的方式爆炸，以至于在今年，他们为它提出了一个全新的热核爆炸类别。 被称为超级爆炸的巨大爆炸很可能是死星的核心——被称为中子星从伴星上撕下气体团，一旦气体接触到中子星表面就会在撞击时爆炸。这些爆炸使恒星表面变得如此炎热和高压，以至于即使是氧和氖等重元素也开始在其核心聚变，引发失控的连锁反应。有史以来在中子星中检测到的最强大的一次爆炸，它在三分钟内释放的能量比太阳在 800 年内释放的能量还多。 超爆发的条件非常罕见，因此天文学家怀疑他们有生之年能否再瞥见一次超爆发，但这不会阻止他们研究它所来自的系统，以寻找更多关于爆炸如何变得如此之大的线索。 8. 粒子物理学家试图再次打破物理学  CDF 探测器是伊利诺伊州费米实验室 Tevatron 粒子加速器的一部分 如果没有至少一次尝试打破我们目前最好的现实模型，一年的物理学就不会完整。伊利诺伊州费米实验室的原子加速器测量了 W 玻色子的质量，W 玻色子是弱核力的基本粒子和力载体，它比标准模型预测的要重，标准模型是对亚原子粒子动物园的主要描述。这一估计非常精确，以至于物理学家将其与发现一只 363 千克大猩猩的重量精确到 42.5 克进行了比较——将被仔细审查，并在完全确认之前彻底重新创建结果。但如果它成立，它可能会打破标准模型以揭示新的物理学。 |
|
|
