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2011年世界科技发展回顾

美国



  地球生命起源于太空有新证据,人类祖先早在320万年前便用双脚行走;测地线效应与惯性系拖曳效应获实验证实;观察到迄今为止最重的反物质。

  毛黎(本报驻美国记者)氨基酸是构成生物体蛋白质的基本单位,地球上生物体中氨基酸为左旋型——“左撇子地球之谜”,美国科学家在小行星的陨石样本中发现了氨基酸异缬氨酸,且它们绝大多数以左旋形态存在。该发现为“地球生命起源于太空”提供了新证据。

  美国两所大学的科学家对发掘于埃塞俄比亚哈达尔遗址的南方古猿足骨的第4根跖骨化石进行分析研究后发现,非洲南方古猿具有定型的弓形足。他们认为,人类的祖先早在320万年前就开始像现代人一样用双脚行走。

  科学家通过分析“引力探测器B(GP-B)”卫星数据,证实了爱因斯坦广义相对论中两项重要预测——测地线效应与惯性系拖曳效应,从而为这项史上延续时间最长的空间项目画上了句号。

  多国科学家借助相对论重离子对撞机让金核相互对撞。在对撞10亿次后形成的强子气体中,他们首次观察到了新型反物质反氦-4,这是迄今科学家观察到的最重反物质。科学家借此预测下一个可能会“现身”的更重反物质将是反锂-6。

  美国科学家发现,在Bs介子的质子和反质子碰撞后,Bs介子比反介子更多。这标志着制造出的物质比反物质更多,正如宇宙诞生之初的那样。他们认为,异常高的宇称不守恒最有可能解释物质和反物质之间的不对称。

  科学家们宣布观察到了一种重子家族中的最新成员——中性粒子Xi-sub-b (Ξb0)。它由一个奇夸克、一个上夸克和一个下夸克组成。

  科学家使用精确的原子逐层排列技术,构造出了超薄的超导场效应晶体管,以洞悉绝缘材料变成高温超导体的环境细节。高温超导体化合物模型(镧—锶—铜—氧)的临界温度可达30开氏度左右,是以前纪录的10倍。

  美国物理学家表示,他们首次在两个分隔的带电原子(离子)之间建立了直接运动耦合,实现了原子之间的单量子能量交换。

  光子设备小型化后,光波之间会因紧密接触产生衍射干扰,而表面等离子体激元能减少衍射干扰但强度变弱。科学家利用“混合等离激元”的准粒子克服了上述问题,演示了首个真正的纳米尺度波导。

  科学家首次成功利用激光器发出的可见光将由数十亿原子组成的固态纳米机械系统冷却至量子基态,使其遵从量子力学法则。过去,科学家只能通过囚禁单个原子或离子实现这一点。

  研究人员发现,光也能产生巨大的磁效应,有望据此开发出存储太阳能的“光电池”,替代传统的半导体太阳能电池。这种制造“光电池”的方法可能推翻物理学的百年教条。 

 科学家成功制造出超纯的砷化镓。在特定状态下,超纯砷化镓中电子不再遵守单粒子的物理学法则,而被它们之间的相互作用(遵从量子力学法则)所掌控。

  在哈佛大学工作的中国博士后完成的光学演示表明,精巧设计的界面的确能够干预光的传播。也就是说,光线传播可以不遵从反射和折射定律,人工界面可以成为决定光传播的因素。

  美国和德国科学家通过实验发现并首次证明,“隧道控制”效应或许是化学反应的新驱动力。它可让化学反应偏离传统方向,获得新的反应结果。

  科学家研制出世界上首台功能性反激光器,并演示了吸收近红外线放射物的效果。其被命名为相干完全吸收器,可让光束通过互相干涉从而完全被消耗掉,以达到将光束吸收而不是发射的目的。

  英国

  揭示宇宙黑暗时期现象、发现最炽热行星、发布完整宇宙三维地图;制造新型单分子磁体;进行电子的精确测量;探索金属生命存在可能性。

  刘海英(本报驻英国记者)1月,英国科学家成功找到了一颗恒星发出的气体云,并捕捉到一个巨型黑洞散发出来的光线,同时发现了第一批恒星遗留下来的残骸以及一颗正在爆炸的恒星爆炸余波的踪迹,这些发现弥补了宇宙进化史上大爆炸后和恒星诞生间“缺失的一环”,揭开了约5亿年宇宙史“黑暗时期”的神秘面纱。

  1月,英国科学家称,他们在2010年确认存在的一颗气态巨行星WASP-33b,被后续观测证实为有史以来宇宙中最炽热的行星。该巨行星位于380光年之外的仙女座,表面温度接近3200摄氏度,远高于某些恒星。

  4月,英国诺丁汉大学研究人员通过甲苯分子将两个铀原子键合在一起,制造出新型单分子磁体。与常规磁体相比,新化合物的分子包含两个铀原子,会在低温下保持磁性,可大幅提高计算机的数据存储能力,具有显著的商业和产业价值。

  5月,英美印三国科学家通过地表检测和计算机模型推测发现,由于上覆层地幔的热量循环作用,地球内核从整体上在凝固,但局部存在融化现象。这一发现有助于人们进一步理解地球内核的形成机制,以及作为“地球发电机”的外核怎样产生地磁场。

  5月,英国朴茨茅斯大学科学家公布了迄今最完整详尽的宇宙三维地图,其观测视线首次延伸到了宇宙中距离地球3.8亿光年处的银道面。同时,他们也绘制出了隐藏在银河后的宇宙空间的细节,有助于更好地理解这些地区对其与宇宙其他部分之间运动的影响。

  5月,英国伦敦帝国理工大学的科学家进行了对电子形状的精确测量,测量结果表明,即便在10-27厘米的精度上,电子仍然是完美的球形;如果将电子放大到太阳系的尺度,其圆度的偏差甚至小于人类发丝的宽度。这一结论与现有理论预测结果并不相同,向超对称性理论提出了挑战。

  9月,英国科学家用含有金属的巨型分子,成功制造出类似于细胞的气泡,并赋予它们一些类似生命的特征。研究人员希望诱使这些气泡演变成完全无机的、能自我复制的实体,以此证明完全基于金属(无机物)的生命的存在。如该研究得到证实,则意味着存在外星生命的可能性将大大提高。

俄罗斯

  研发出激光镊子,即全息激光微控制器。

  张浩(本报驻俄罗斯记者)10月,俄罗斯国立萨拉托夫技术大学研究团队以德国相位控制器为基础,借助大功率红外激光研制出激光镊子(全息激光微控制器)。该激光镊子能同时抓住并移动5个至7个微小物体,而当前国际上的同类仪器只能抓起单个微小物体。其将被广泛应用于生物和物理研究领域。

  法国

  古化石或可揭示蛇的起源之谜;新研究将多细胞生物起源提前15亿年;中微子穿行速度超越光速。

  李钊(本报驻法国记者)2月,法国研究人员通过先进的X光技术,对一块真足蛇化石进行了扫描。结果发现,这种蛇与现代的陆生蜥蜴十分类似,这一成果有助于科学家揭开蛇的起源之谜。之前,科学界对于蛇的起源一直存在争议,有人认为,这种生物由陆生蜥蜴演变

  而来,另一些人则认为,蛇的祖先是生活在海洋中的蜥蜴。

  6月,来自法国等国的科学家对加蓬出土的化石进行研究后发现,多细胞生物起源于21亿年前,而不是通常认为的6亿年前。研究人员利用离子探测器对化石中硫同位素的成分进行了测定,并借助特殊设备绘制了标本的3D图像。结果显示,该生物化石正是多种组织的结合体,其也是迄今为止发现的最古老多细胞真核生物。

  9月,法国国家科研中心一科研小组反复验证后宣布,中微子的穿行速度比光速快了60纳秒,打破了光速不可超越的限定。根据爱因斯坦的狭义相对论,光速是宇宙速度的极限,没有任何物质可以超越光速。如果上述发现得到确证,无疑是一颗扔向物理学的炸弹,现代物理学需被重新审视。鉴于这一重大发现引发的后果可能十分严重,专家提出,这一实验应该由另外一个科研小组重新进行试验,以便进行确证。

  德国

  发明连续飞秒X射线成像法;研制出世界上最小人造喷气发动机;用光子取代电子传导光;首次实现单原子存储量子信息;研发出超稳定、高分辨率光镊。

  李山(本报驻德国记者)1月,德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心和柏林工业大学等研究机构的科学家发明了连续飞秒X射线成像法,迈出了对分子和纳米结构运动进行实时观测的关键一步。

  2月,德国德累斯顿莱布尼茨固态和材料研究所的科学家研制出世界上最小的人造喷气发动机。该发动机的大小约为600纳米,重量约1皮克。动力源于两个由钛、铁和铂制成管子,内置过氧化氢。当过氧化氢分解为水和氧气向外喷出时,该装置便会向前移动。通过外部的磁场,不仅可以远程控制微纳米管的运动和方向,还能够装卸和运载“货物”。

  2月,德国杜伊斯堡-埃森大学、汉堡大学和波鸿鲁尔大学的科学家成功利用一个全电子测量技术来准备和检测自组装量子点群体的非平衡多粒子自旋态,在固态量子信息处理方面迈出了重要一步。

 4月,德国维尔斯特拉斯应用分析和随机研究所等机构的科学家提出一种新型全光晶体管的设计方案,用光子取代电子来传导光,使用一束光脉冲控制另一束,形成完全由光控制的“光路”。最新设计解决了该领域目前面临的多道难题。

  6月,德国慕尼黑工业大学的科学家开发出一种能让机器人产生多种感觉的新型电子皮肤。这种“皮肤”其实是由安装了红外、温度、速度传感器的电路板集合而成,不仅能够帮助机器人更好地适应周围环境,也能使其获得实时的“自体感受”,分清冷热轻重。

  6月,德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家首次实现单原子存储量子信息。科学家将单个光子的量子状态写入一个铷原子中,经过180微秒后将其读出。该研究首次证明采用一种可控的方式,量子信息能在单个原子和光子之间交换,将有助于设计量子计算机。

  10月,德国慕尼黑工业大学的科学家研发

  出一种超稳定、高分辨率的“光学镊子”,捕获了单个蛋白质分子的末端序列,并连续追踪了这一蛋白分子去折叠和复折叠的完整过程,由此绘制出从表达到降解整个过程中复杂的网络图谱。该研究为解析生物细胞的生命过程开启了新窗口。

  南非

  开发激光“整形”技术,可使任何激光束以高亮度模式运行。

  李学华(本报驻南非记者)9月,南非科技与工业研究院(CSIR)开发出一种激光“整形”技术,可以使任何激光束以高亮度模式运行。高亮度意味着激光既有好的光束又有高的能量,而通常这两者是不可兼得的。CSIR的研究人员通过对激光束进行巧妙的“整形”,可以使一束激光的性能表现提高25倍。这对提高远距离通讯系统的效率以及军事上的目标标记有重要意义。

  以色列

  以色列重视科教,基础研究实力雄厚。在科学界长期耕耘下,近年来基础研究领域硕果迭出。

  郑晓春(本报驻以色列记者)自2009年色列科学家阿达-尤纳斯与英、美两国科学家共获诺贝尔化学奖后,今年以色列海法理工大学的科学家丹尼尔·谢赫特曼因发现准晶体而独得2011年化学奖。准晶体结构不像晶体,也不像非晶体,是一种介于晶体和非晶体之间的物质。1982年,丹尼尔在美国霍普金斯大学工作时发现了这一现象,但当时没有获得科学界认可。后来的研究证实,这是一个重大发现,它从根本上改变了化学家对固体物质结构的认识,标志着晶体学研究的一大突破。

  乌克兰

  在数学科学的重大分支中取得一系列崭新成就;在力学研究领域取得多项重大进展;在核物理和电力工程领域取得重要科研成果。

  程刚(本报驻乌克兰记者)乌克兰皮萨兰科强度问题研究所的科学家们揭示了在机械系统相似元素与构造规律接触互动中的扰乱性单位影响机制。他们开发了确保涡轮机转子闭式刀片组件可靠运行的建议和方法;他们开发了测定NPP反应堆压力容器抗脆性断裂特性的一种数值法。

首次通过轫致辐射γ量子在实验上确定了240Pu和241Am 光致裂变期间84Br、90Rb、134I和135Xe 核子的同质异能比。

  提出了奇奇核子中集体带结构水平理论,以说明奇质子中子耦合冲突的情况下,低能级旋转谱带的收缩程度。

  首次对聚变裂变反应中核会聚过程的动

  态学进行研究。相互作用的核子的壳层结构不仅对整个聚变过程产生影响,还对各个核子所发生的过程产生影响。

  实验上首次实现了一种确定原子核激活状态能量的新方法。这种方法包括用精确的β和γ光谱法测量参照转变能量,然后计算所有γ量子的能量水平。

  科学家用亚微微秒聚束能源模型,模拟了电子快速聚束过程。开发了一种用于在实验中检测235U、238U核子和14N、16O、12C轻核子的技术。

  根据CMS合作研究的、用大型强子对撞机获得的实验数据,研究员首次对900GeV的质子对撞能量下K0S介子成核过程进行研究。

  研究员还制定了一个共振相对论理论,这个理论与核力场中电子自发轫致辐射过程中虚粒子转换成质壳,以及散射在脉冲激光场中的电子-电子(正电子、μ介子)相关。

  在概率论和数学统计方面,对于渐近小扩散方案中独立增量的随机发展,大偏差的问题得到了解决。为计算马尔克夫随机变阵大偏差指数生成,创立了算法。在局部极限定理不真实的情况下,经由一个扩散过程序列的任意水平交点数的极限定理被验证。

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