“通卡实验”让科学家们离理解超高能宇宙射线的特性又近了一步。来源:人造卫星通讯社和电台
俄罗斯：火星金星探测领域成绩亮眼 量子加速器等技术表现不俗在火星、金星探测和量子研究领域，2019年，俄罗斯科学家也贡献了很多令人瞩目的成果。此外，一些大型科学设施的建设和启动也为科学发展带来了更多的机遇。2019年，科学家在西伯利亚通卡区域启动了大型伽马射线世界级观测台国际科学合作项目“通卡实验”，用于研究伽马射线和超高能宇宙射线。目前，他们正为TAIGA观测台的两个装置：探测站TAIGA-HiSCORE，新天文望远镜TAIGA-IACT做测试准备。在火星和金星的探索中，俄罗斯的成绩单是辉煌的。俄欧联合研制的ExoMars-TGO探测器绘制了详细的火星表面水分布图，发现了几处“大型水冰储量”。此外，俄罗斯科学家发现金星存在生命的新证据:俄罗斯对苏联“金星9号”、“金星10号”、“金星13号”和“金星14号”探测器1975年至1982年获得的金星表面全景图像进行了新的处理。从图像中，我们可以看到结构稳定、运动缓慢的物体。这些物体的轮廓类似于茎、蝎子、蘑菇和蜥蜴等18种生物。此外，它们在每个图像中的位置也会改变。在包括同步加速器、量子计算机等在内的高精尖领域，俄罗斯也取得重大进展。全俄物理技术和无线电测量科学研究所研制出精度更高的第二代光学原子钟。俄罗斯科学家正在研发一款可用普通水改变太赫兹辐射强度的装置，这种辐射可替代对人体健康有害的X射线。此外，俄罗斯将在新西伯利亚建造同步辐射光源，计划用其研究地球深层过程。托木斯克理工大学研制出供下一代核系统使用的钍基核燃料，结果表明，这一核燃料应对已普遍使用的反应堆应同样有效。在不久的将来，核原料扩展可通过钍实现，且探测表明其全球储量非常大。在量子技术领域，俄罗斯科学家创造了超导量子比特的世界纪录：寿命达50微秒，这一成就使俄接近研制出首台功能型量子计算机。无独有偶，新西伯利亚国立技术大学开发出俄首个量子计算机电源，并对其进行了测试。此外，国际空站的俄罗斯宇航员正在进行浮萍种植实验。初步结果表明，这种植物在失重状态下的生长与地球上的生长相同。俄罗斯科学院高温联合研究所也首次成功完成了液态碳特性实验。以前类似的实验只能用计算机模拟，因为碳只有在极高的压力和温度下才是液体，现有设备无法承受如此高的压力和高温。美国科学家发现新的五种夸克粒子。来源:科学美国人网站
美国：微观粒子研究领域硕果累累 首张黑洞照片问世震惊全球2019年，美国科学家在包括粒子物理在内的许多基础物理领域取得重大突破，发现新的五个夸克粒子和第一张黑洞照片名列前茅。在粒子物理领域，寻找新粒子越来越困难。欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机LHCb实验发现，新的五夸克粒子成为2019年粒子物理领域的杰出成就，中美科学家共同发挥了重要作用。美国科学家还开发了一种在室温下合成和捕获三种粒子的方法，这使得操纵三种粒子并研究它们的基本性质成为可能。他们还使用改进的电子散射方法来精确测量质子半径。0.831飞秒的新值对于解决所谓的“质子半径”问题非常重要。美国科学家还首次测量了光子-质子碰撞中J/ψ介子的产生截面。此外，他们还利用暗物质探测器XENON1T观测到了氙-124的放射性衰变，半衰期为1.8×1022年，是宇宙年龄的1万亿倍。这些研究为人类理解世界增添了新的视角。在天体物理学领域，对引力波的研究并没有失去热度！美国激光干涉引力波天文台于4月开始了为期一年的新一轮科学探索。4月，人类黑洞的第一张照片出现，这成为自2015年人类首次直接探测到引力波以来的又一里程碑式的成就。由哈佛-史密森天体物理中心的谢泼德·杜勒斯曼领导的事件视界望远镜团队将作为LIGO团队被载入科学史。2019年天体物理学领域还有一些值得书写的研究成果：美国科学家根据哈勃太空望远镜数据新测定的宇宙膨胀速度，比根据早期宇宙特征预测的膨胀速度快约9%，这意味着天文学家需要一些超出当前物理学的新理论来解释宇宙；发现了迄今最重的中子星J0740+6620，直径约19公里，质量却超过太阳质量2倍；“揪出”了第二个没有暗物质的星系，表明暗物质实际上可与星系分离，这颠覆了科学家此前的认知；还通过实验揭示了宇宙大爆炸发生的可能机制，有助于科学家进一步理解宇宙起源模型。美国和英国科学家共同发现了一种此前未知的光波:Diakonov-vogt波，这代表着在理解光如何与复杂材料相互作用方面向前迈出了一步，为一系列技术进步奠定了基础。尽管人类不断追逐星辰大海，但人类对宇宙的探知远未到尽头。中子星的脉冲在通过白矮星时会变慢。这种效应使天文学家能够测量系统的质量。资料来源:国家射电天文学观测站
德国：超导材料最高临界温度创纪录 生命起源和进化研究独树一帜2019年，德国科学家在揭示宇宙奥秘、开发新型超导体、探索生命起源和演化等方面取得了重大进展。在探索宇宙奥秘方面，德国Hazel Hen超级计算机运行一年多生成了迄今最详细的大尺度宇宙模型TNG50，其时间跨度138亿年，物理宽度2.3亿光年，包含数万个正处于演化中的星系。在俄罗斯的帮助下，德国于7月成功发射X射线空间望远镜“eROSITA”，并传回首批图像。未来有望发现大约10万个释放X射线的星系团和数百万个活跃黑洞，有助于更好地理解宇宙中占主导地位的暗物质和暗能量。马克斯·普朗克研究所几项研究的所有重要发现。例如，迄今为止已知的最高能量光子是在两次伽马射线爆发的观测中发现的，并分析了高能伽马射线爆发的形成过程。首次在行星状星云NGC 7027中探测到了作为宇宙演化最重要标志之一的氦离子，结束了长达数十年的研究。在生命起源和人类进化过程研究方面，法兰克福大学研究人员发现一种嗜热细菌通过吸入一氧化碳呼出氢气而生长，这被认为是地球上最古老的细胞呼吸形式。图宾根大学科学家在德国发现生活在约1160万年前的猿类化石，证明了一种新型体式行为“延伸型肢体攀爬”，为人们了解猿类在成为两足动物之前的情况提供了新线索。德国科学家还在希腊发现的一块约21万年前的头骨，代表了有关亚欧大陆现代人类的最早证据。在脑科学研究中，马克斯·普朗克大脑研究所的科学家重建了小鼠桶形皮层89个神经元的形态特征和连接。德国和英国的研究人员发现，阻断特殊的钙通道可以挽救神经细胞或成为帕金森病新的神经保护疗法的基础。德国和瑞士科学家研制出第一台植入式磁共振检测仪，可以突破脑扫描方法的电生理极限，以前所未有的分辨率检测大脑的生理功能，为未来脑细胞神经元活动和生物能过程的高特异性定量标测技术铺平了道路。在量子技术领域，维尔茨堡大学研究人员设计汞碲量子阱，首次成功构建拓扑量子点接触，使研究边界状态之间的潜在相互作用成为可能。雷根斯堡大学科研人员在原子级半导体中发现新的量子干涉现象，为开发新型激光源和量子信息光学处理装置开辟了新途径。2019年，德国科学家在超导领域也取得突破性成果。来自德国和美国的科学家发现，氢化镧在-23摄氏度、超过地球大气压100万倍的条件下具有超导性，这是迄今为止已经证实的超导材料的最高临界温度。在未来地球科学研究领域，德国科考船“极地之星”于2019年9月20日开始有史以来最大一次国际北极气候研究多学科漂流观测。教研部资助1.5亿欧元，来自19个国家的600人将轮班参与该项目。日本科学家在年轻恒星猎户座V883周围的气体和尘埃盘中发现了甲醇和丙酮等复杂的有机分子。来源:日本国家天文台
日本：行星月球科学探索成绩斐然 桌面实验或可理解黑洞性质在行星科学研究领域，日本科学家发现了旋转轴倾角不一致的原始行星系统的圆盘。物理化学研究所和千叶大学的联合研究团队通过阿尔玛望远镜观测到了成长期年轻的“原始行星盘”，发现该盘的旋转轴由内向外偏离，还发现盘内的星际尘埃可能开始聚结生长。研究人员指出，在原始恒星诞生之初，它的周围有大量气体，并朝着原始恒星降落。下落的气体保持了旋转轴的方向，最终由于离心力和重力的平衡而形成了“原始行星盘”。由于原始行星系盘的中心形成行星，成为行星系，最新的研究有助于了解原始行星系盘的形成过程和行星形成。此外，科学家在围绕年轻恒星的圆盘中发现大量有机分子。东京大学的一个联合研究小组利用阿尔玛望远镜观测围绕着年轻恒星猎户座V883的气体和尘埃的圆盘，发现了复杂有机分子甲醇、丙酮等，其中丙酮是首次在原始行星圆盘中发现。观测还发现，与一般原始行星圆盘相比，猎户座V883的圆盘中这些分子与氢的丰度比大约高1000多倍。科学家还发现，月球可能来自地球的岩浆海洋。日本神户大学海洋研究发展所和物理化学研究所的科学家模拟大碰撞理论，发现月球可能由原始地球的岩浆海洋组成。地球和月球被认为是在46亿年前两个天体碰撞后形成的。大碰撞理论可以解释地球和月球的各种特征，因此研究人员通过计算机模拟进行了验证。研究团队改进了以往大碰撞理论的标准模型，在假定原始地球上存在岩浆洋的基础上，首次实现了大碰撞的计算机模拟。结果表明，岩浆洋可能对月球的形成起了很大的作用，可以解释地月同位素比值。另外，国立天文台领导的国际小组利用多台天文望远镜，在距地球130亿光年处发现了由12个星系组成的“原始星系团”，是迄今发现的最遥远原始星系团，显示宇宙在8亿岁就存在有造星运动活跃的原始星系团。日本科学家在黑洞研究方面也取得了成就！由大阪大学、日本大学和中央大学组成的研究团队提出了一个新的理论框架，可以通过桌面实验了解黑洞的物理性质。这一理论有望从最小尺度和超尺度两个方面阐明宇宙运行的基本规律。英国：系外行星大气首次发现水汽 微观世界新物质态屡有创新2019年，在行星科学、微观粒子、材料结构研究等基础领域取得重大成果。在行星科学领域，伦敦大学学院9月12日宣布，该校研究人员首次在一颗太阳系外类地行星大气中发现水汽，水的含量可能介于0.01%至50%之间，且这颗星球与恒星的距离让它处于“宜居带”中，其温度可能符合生命存在所需条件。这是科学家首次在“超级地球”大气层中发现水汽，有助于人类理解潜在宜居行星的大气演化历程。在太阳研究领域，英国科学家借助地面望远镜研究一个特殊的太阳耀斑事件后得出结论称，产生这个太阳耀斑的磁场强度比以前认为的强10倍。这一发现或将改变我们对太阳大气内发生的物理过程的理解，并为太阳日冕研究开辟新途径。英国科学家在揭示宇宙奥秘方面的表现同样令人瞩目。7月10日，平方公里阵列射电望远镜全球总部揭牌暨交接仪式在英国柴郡举行，标志着世界上最大的射电望远镜正式投入使用，该望远镜由多个国家建造，为探索宇宙奥秘的国际合作提供了更好的平台。英国天文学家还对国际低频阵列射电望远镜通过高性能计算设施获得的所有国际台站的数据进行了再处理，对星系的演化及其活动进行了比以往更加详细的研究，绘制了过去数千个未知星系的图像。英国科学家也借助超级计算机对星系进行了模拟，表明爱因斯坦的广义相对论可能不是解释引力如何工作或星系如何形成的唯一方法，但另一个F引力模型也可以解释星系的形成。微观世界研究领域同样捷报频传！7月中旬，英国物理学家首次拍摄到一种量子纠缠的照片，捕获到这种难以捉摸现象的视觉证据，该研究有望促进量子计算等领域的发展。同月，牛津大学物理学家领导的团队首次研制出一款磁场噪声波谱仪，让人类第一次“听”到了一个磁单极子流产生的磁噪声，这一方法有助于开展磁单极子物理学新研究。8月，英国科学家利用与宇宙结构相关的数据，限定了宇宙间最小、最难研究的组成部分之一——中微子家族中最轻成员的质量，即不超过0.086电子伏特，约为电子质量的600万分之一。在物质结构领域，中英科学家在4月初发现了一种新的物质形态:链状熔融态，即在极端高温高压条件下，金属钾原子可以呈现出固液共存的稳定物质形态。法国：新五夸克粒子有望揭示夸克秘密 发布雄心勃勃超大型对撞机计划继2012年发现希格斯玻色子之后，2019年，位于法国和瑞士边境的欧洲核子研究中心大型强子对撞机再接再厉，取得了重大发现:由中美科学家领衔的LHCb团队发现了新的5个夸克粒子。新的结果有望进一步揭示夸克理论的许多奥秘。此前，五个夸克粒子的存在仅仅停留在理论层面。2015年，LHCb宣布发现了5个夸克粒子。现在，当研究小组用更大的数据样本仔细检查五个夸克粒子时，发现其中一个夸克粒子实际上是两个质量相近的五个夸克粒子的叠加，大数据样本带来的更高分辨率使其呈现出原来的形状。此外，LHCb团队还首次发现了晶格粒子中电荷的宇称破坏，有望帮助科学家理解宇宙中正负物质不对称的起源。此外，欧洲核子研究中心今年发布了一项雄心勃勃的计划——建造一台新的超大型对撞机，其长度是现在世界上最强大的对撞机LHC的4倍；最高能量将为LHC的6倍以上。CERN希望，这台新设备能发现新粒子并为物理学领域带来颠覆性突破。拟议的新设备名为“未来环形对撞机”。根据对撞机的形式不同，耗资约为90亿到210亿欧元。以色列:揭示环肽促进癌细胞生长的奥秘为新的抗癌疗法铺平了道路在基础研究领域，以色列理工学院科学家领导的一个国际小组发现了环肽是如何抑制癌症助长蛋白质分解，从而促进癌细胞生长和繁殖的。研究人员认为，他们开发的策略将为基于环肽的新型抗癌疗法铺平道路。以色列和美国科学家此前发现，泛素可以用“死亡标记”标记有缺陷的蛋白质，使其在蛋白酶的作用下分解。泛素系统对生物体的健康是不可或缺的。中断这一系统将导致各种癌症、肌萎缩性侧索硬化、囊性纤维化、帕金森病和其他神经退行性疾病。有鉴于此，以色列理工学院研究小组制定的策略旨在抵消恶性肿瘤在泛素系统中运作的能力，其基于泛素链化学法生产技术和大型环肽分子库两者间的结合。研究中，他们发现环肽可与泛素链结合，让泛素无法正常标记癌症助长蛋白，从而抑制癌症助长蛋白质的分解。
