2018年十大国际科技新闻解读
使用CRISPR基因调控技术直接操纵细胞基因组,研究人员将老鼠的皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。
曲面加速光束美国和以色列科研团队实现了光束轨迹偏移。此实验可用于模拟广义相对论现象。
幽灵粒子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,科学家认为其来源可能是耀变体。
探访“贝努”人类探测器首次探访小行星“贝努”,发现其岩石外表下暗藏着水留下的踪迹——羟基。
跃迁
100多年前,科学家首次在氢原子内观察到其最基本跃迁,如今在反氢原子内实现并观察到这一跃迁。
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。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……如果你还没有了解这些最新的科学进展,现在是时候了。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
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年的超导性理论,某些材料能够以零阻导。然而,许多材料表现出所谓的非常规超导性,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
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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