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2019年科学打破数见不鲜

来源:AG旗舰厅在线,AG旗舰厅国际日期:2020/02/23 浏览:

  AG旗舰厅在线《科学》杂志封面刊登了由水凝胶3D打印而成的肺气囊模型。来源:《科学》官网

  科技改变生活。这一年,各国科学家又让科学的脚步再次向前迈进。棉花种子在月球发出第一株嫩芽,室温下气态二氧化碳首次转化为碳电池,最轻中微子的质量被算出,3D打印出会呼吸的人体器官尽管这其中的具体原理有些高深莫测、晦涩难懂,但不得不说,它们刷新了我们的认知,而这些发现,也正在或终将切切实实地影响我们的生活。

  岁末之际,我们回望并梳理了一年来的科技大事件,以此纪念不平凡的2019。

  棉花种子成为人类在月球上种植出的第一株植物嫩芽。1月15日,重庆大学举办嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会,对外正式公布这一消息。

  “这是人类首次在月球上开展生物试验。”重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙介绍。

  由重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物,均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。生物科普试验载荷罐是一个高度密封的圆柱形抗压容器,由高性能铝合金制成并进行了防腐处理。“罐子”直径173毫米、高198.3毫米,由结构模块、热控模块、控制模块等组成,载荷内除搭载6种生物外,还有18毫升水,以及土壤、空气、热控和两个记录生物生长状态的相机。

  载荷罐在登陆月球后第一天1月3日23时18分加电开机,开始进入生物月面生长发育模式。1月12日20时,随嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷罐传回最后一张试验照片,显示罐内生长出的棉花种子嫩芽长势良好。

  2月,英国《自然通讯》杂志发表了一项化学最新突破,科学家首次在室温下将气态二氧化碳转化为固体碳材料,并用于能量储存。该方法将为去除大气中的二氧化碳作贡献,成为可行的“负碳排放”技术。

  众所周知,“负碳排放”技术对于维持未来气候的稳定至关重要。虽然目前很多研究都专注于将二氧化碳还原成高附加值产品,如化学原料和燃料,但这些方法无法实现永久性碳捕捉。

  此次研究人员研发了一种液态金属电催化剂。这一液态金属催化剂基于无毒镓合金,能防止结焦,即固碳吸附于催化剂表面,降低催化剂的活性。研究团队随后将收集得到的固体产物制成超级电容,该超级电容器未来有望成为轻量级电池材料。

  研究人员指出,此前的碳纳米材料制备方法通常需要几百摄氏度的高温,而他们研发的技术可以帮助降低二氧化碳转化的高能耗需求。科学家认为,这项研究对于去除大气中的二氧化碳具有重要应用价值。

  4月,欧核中心大型强子对撞机(LHC)LHCb团队发现了第三种五夸克粒子。新结果有望进一步揭示夸克理论的诸多奥秘。

  此前,五夸克态物质的存在只停留在理论阶段,2015年,LHCb宣布发现首个五夸克粒子。如今,该团队在对该粒子进行检查时,发现它已一分为二。原来,最初的五夸克实际上是两个独立的五夸克(被称为第一种和第二种五夸克粒子),它们质量相近,宛若一个粒子。

  夸克理论是粒子物理学标准模型的关键组成部分。该理论认为,存在上、下、粲、奇、底和顶6种夸克,它们都拥有自己的反物质。

  夸克和反夸克结合会形成“强子”。强子分两类:由3个夸克构成的“重子”(包括质子和中子)和由夸克、反夸克组成的“介子”。

  科学家也提出了其他更奇特的夸克组合,比如,由两个夸克和两个反夸克组成的四夸克粒子,以及由4个夸克和1个反夸克组成的五夸克粒子。那么,已经被发现的3种五夸克是5个夸克均匀混合,还是由一个重子和一个介子黏在一起形成的松散“分子”?团队目前倾向于后者。

  超导材料能无损耗传输电能,但其应用却因超导态严苛的低温要求而受限。因此,实现室温超导成为科学家的重要目标,如今他们离这一目标越来越近。在《自然》杂志上,美德两国科学家组成的研究小组发表论文称,他们实验证实,高压下的氢化镧在250K(K代表绝对温标开尔文,250K大约为-23℃)时具有超导性。

  据报道,研究人员使用一种被称为金刚石压腔的设备,利用两颗金刚石挤压一小块儿镧样品,使其在170吉帕的高压下转化为氢化镧化合物LaH10,然后用X射线探测其结构和成分。研究人员观察到LaH10具有零电阻、在外加磁场作用下临界温度会降低、同位素效应(临界温度依赖于同位素质量的现象)这3个超导材料特征,但因样本量太小而无法对超导材料的另一个重要特征迈斯纳效应(一种超导体对磁场的排斥现象)进行观测。他们表示,其所观察到的3个特征已可以证明,在250K的温度下,氢化镧在超过100万倍地球大气压下会变成超导物质。

  250K,是目前人类高温超导的最新纪录,比此前的最高临界温度增加了50K左右。

  5月,《科学》杂志封面报道了美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队主导的一项具有里程碑意义的研究成果。该团队克服了3D打印器官的一大障碍,创造出一个由水凝胶3D打印而成的肺气囊模型。该模型具有与人体血管和气管结构相同的网络结构,能够像肺部一样朝周围的血管输送氧气,完成“呼吸”过程。而只有打印的组织能像健康组织一样“呼吸”,且构建出可与其他组织交互的管路系统,它们在功能上才会更接近健康组织。

  研究人员表示,在制造具有功能的组织替代品时,面临的一大拦路虎就是无法打印那些为组织输送营养的血管。为了解决这一问题,这支团队使用了一种全新的3D打印技术。首先,在电脑设计过程中,将复杂的三维结构分解为多层二维打印的蓝图;其次,使用一种液体的水凝胶溶液按蓝图进行打印,并通过特殊的蓝光进行逐层固化。经过一层一层的堆积,就形成了一个三维的凝胶结构。在测试中,研究人员欣喜地发现,当红细胞从这一系统打印出的“血管”中流过时,能够有效从呼吸的“肺部”获取氧气,这与肺泡附近的氧气交换如出一辙。

  给量子纠缠拍摄首张“写线月,英国物理学家首次拍摄到一种量子纠缠的照片,这一结果有望促进量子计算等领域的发展。

  在量子力学领域,两个相互作用的粒子例如通过分束器的两个光子,无论它们相隔多远,仍能以一种非常奇怪的方式“纠缠”在一起,瞬间共享它们的物理状态。这种联系被称为量子纠缠,是量子力学领域的基本现象之一,爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”。

  今天,虽然量子纠缠在量子计算和密码学等实际应用中大显身手,但这种现象从未被拍摄到。最新研究中,英国格拉斯哥大学的物理学家设计了一套系统,该系统朝着在液晶材料上显示的“非传统物质”发射了源于一个量子光源的一束纠缠光子,这些液晶材料会在光子通过时改变光子的相位。

  他们放置了一台超灵敏的相机,能够检测单个光子。在看到光子和与它发生纠缠的“双胞胎”同时出现时,相机拍摄了图像,首次为光子纠缠留下了珍贵的影。

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