室溫超導(dǎo)似乎一步之遙

零下13℃( 260 K )令人瑟瑟發(fā)抖，但對(duì)于研究超導(dǎo)的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是令人激動(dòng)和向往的溫度。

在零下13℃時(shí)，美國(guó)和德國(guó)兩個(gè)研究組在一種富氫物質(zhì)LaH10（注：'10'為下標(biāo)）中檢測(cè)到了超導(dǎo)性。這個(gè)結(jié)果打破了硫化氫在?70℃實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度( 203 K )的記錄。實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體的夙愿似乎觸手可及。

利用量子效應(yīng)提高引力波探測(cè)靈敏度

引力波天文臺(tái)LIGO和Virgo又升級(jí)他們的硬件了，旨在利用量子效應(yīng)提高引力波探測(cè)器的靈敏度。

LIGO和Virgo是巨型激光干涉儀，原理如下圖所示。

引力波探測(cè)器置于真空中，但是，根據(jù)量子物理，真空并不是空無(wú)一物安靜祥和的，反而是非常熱鬧的，有虛粒子不斷出現(xiàn)和消失，受其影響，光子就不會(huì)走得那么整齊劃一，因此，沒(méi)有引力波通過(guò)地球的時(shí)候，探測(cè)器也會(huì)接收到光信號(hào)，這就是所謂的“量子噪聲”。只有引力波探測(cè)器臂長(zhǎng)變化超出量子噪聲范圍，才能說(shuō)探測(cè)到了引力波，那么往往探測(cè)不到比較弱的引力波。

現(xiàn)在，引力波天文臺(tái)LIGO和Virgo采用技術(shù)手段降低量子噪聲，采用了40年前就有的技術(shù)——量子“壓縮”。經(jīng)過(guò)這次升級(jí)，引力波檢測(cè)能力提高50%，還將提高系統(tǒng)對(duì)引力波源在天空中精確定位的能力。

確定中微子質(zhì)量新上限

中微子是宇宙中含量最多的有質(zhì)量粒子，但其質(zhì)量依然是未解之謎。

德國(guó)卡爾斯魯厄氚中微子(KATRIN)實(shí)驗(yàn)確定了中微子的質(zhì)量的上限——1.1 eV（電子伏，這本是一個(gè)能量單位，是一個(gè)電子經(jīng)過(guò)1伏特電勢(shì)差后所獲得的能量，根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論，能量和質(zhì)量是一回事，差一個(gè)光速的平方這樣一個(gè)因子，粒子物理里常把能量單位eV用做質(zhì)量單位），是之前直接測(cè)量到的質(zhì)量上限的一半。

研究人員檢測(cè)了氚（氫的一種同位素）的放射性衰變，根據(jù)衰變產(chǎn)生的電子的能量，估算了衰變產(chǎn)物中反中微子的質(zhì)量。KATRIN還將進(jìn)行5年的測(cè)量，將實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度再提高5倍，誤差低至0.2 eV。

中微子質(zhì)量對(duì)于宇宙學(xué)模型來(lái)說(shuō)很重要，并且有助于解決諸如為什么宇宙中物質(zhì)比反物質(zhì)多等謎題。

中子滴線得到延伸

中子“滴線”保持不變已經(jīng)20年，今年終于得到延伸。

滴線是元素的穩(wěn)定和不穩(wěn)定同位素之間的邊界線。之所以被稱(chēng)為“滴線”，是因?yàn)槿绻僭黾右粋€(gè)中子，那么這個(gè)中子就會(huì)毫無(wú)阻力地“滴”走。

知道了這個(gè)界限，研究人員就可以完善理論，從而更好地理解核穩(wěn)定性的極限。

在此之前，已經(jīng)有了最輕的8個(gè)元素的滴線圖，2019年又得到了氟和氖的滴線圖，即我們現(xiàn)在有了10個(gè)元素的滴線圖。

物理學(xué)家希望下一個(gè)元素的滴線不要讓物理學(xué)家再等上20年。下一代稀有同位素裝置計(jì)劃在兩年內(nèi)投入使用，可能會(huì)將滴線延伸至鎂元素，即元素周期表中的第12號(hào)元素。

尋找生命的理論

物理學(xué)家喜歡這樣的理論：只有幾個(gè)方程，卻能解釋眾多復(fù)雜現(xiàn)象，并具有預(yù)言能力

Physics 網(wǎng)站上今年點(diǎn)擊量最多的文章之一是關(guān)于尋找“生命理論”的，這個(gè)理論可以解釋生命因何存在以及如何運(yùn)作。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種途徑是將生命的最基本的行為( 如復(fù)制和遺傳進(jìn)化 )描述為由大量較簡(jiǎn)單的有相互作用的成分產(chǎn)生的涌現(xiàn)現(xiàn)象。

涌現(xiàn)現(xiàn)象出現(xiàn)在許多無(wú)生命的凝聚態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)中。但是將這些無(wú)生命系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用到有生命的系統(tǒng)中是很困難的，如果物理學(xué)家想要發(fā)展生命理論，他們可能需要開(kāi)發(fā)一套全新的工具。

目前，物理學(xué)家們正在努力一次只搞懂一個(gè)生物系統(tǒng)，并著眼于找到一個(gè)模型來(lái)對(duì)生命進(jìn)行全面的描述。

性騷擾使本科女生逃離物理

Physics網(wǎng)站大多數(shù)內(nèi)容聚焦于科研新進(jìn)展，但仍有一些涉及物理學(xué)家生活的事件值得關(guān)注。

一項(xiàng)針對(duì)美國(guó)約500名學(xué)習(xí)物理的女性本科生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，3/4的人曾“在學(xué)習(xí)物理中”遭遇過(guò)某種形式的性騷擾，比如在物理實(shí)驗(yàn)室、教室或物理系的活動(dòng)中。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些經(jīng)歷使很多女生在物理界感到孤立無(wú)援。這項(xiàng)研究和其他類(lèi)似的研究“給我們物理界的所有成員敲響了警鐘，必須要行動(dòng)起來(lái)做出改變”。

登月50年，反哺物理學(xué)

50年前，宇航員首次登上月球，他們還在月球上安裝了很多儀器，開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)研究的一個(gè)新時(shí)代

對(duì)物理學(xué)家很有用的儀器之一是激光反射器，它能夠?qū)⒌厍蛏习l(fā)射來(lái)的激光束再反射回地球，進(jìn)而測(cè)定測(cè)定月球與地球的距離，誤差只有幾毫米，從而對(duì)廣義相對(duì)論和牛頓萬(wàn)有引力定律進(jìn)行一些最精確的測(cè)試。

再有幾年，月球上會(huì)安裝一個(gè)新的反射器，它將把誤差控制在1毫米以?xún)?nèi)，足以測(cè)試廣義相對(duì)論的替代理論。

月球上還將開(kāi)展天文學(xué)研究，月球背面沒(méi)有來(lái)自地球的無(wú)線電波干擾，科學(xué)家建議在那里建立一個(gè)射電接收器陣列，以研究宇宙的“黑暗時(shí)代”，即第一顆恒星誕生之前的時(shí)代。

把磁性量子氣體變成超固體

很少有材料能像超固體那樣讓人覺(jué)得燒腦，或許正因?yàn)榇?，物理學(xué)家花了幾十年在實(shí)驗(yàn)室里孜孜不倦尋找它。

超固體中的原子產(chǎn)生一種密度調(diào)制——類(lèi)似于固體中原子的周期性排列，但同時(shí)也可以像超流體那樣無(wú)摩擦地流動(dòng)。今年，有三個(gè)研究組報(bào)道磁性鏑和鉺原子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體（BEC）具有超固體性質(zhì)。

簡(jiǎn)單提一下，什么是玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體。

磁性原子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體（BEC）本身是超流體，但在適當(dāng)?shù)臈l件下，原子自組織成密集的液滴陣列，即產(chǎn)生了密度調(diào)制，超流性依然持續(xù)存在，于是得到了超固體。

此前，人們?cè)鴮⒉Ｉ?愛(ài)因斯坦凝聚體置于光晶格中，用光場(chǎng)精心調(diào)節(jié)，得到超固體，但鏑和鉺原子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體形成的超固體有意思的地方在于，它是由原子的相互作用“有機(jī)地”驅(qū)動(dòng)形成的，而不是由外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)而來(lái)的。

聲音的重量

“說(shuō)話不知道輕重”有了科學(xué)基礎(chǔ)

理論證明，聲波——如我們的聲音——攜帶有質(zhì)量。在根本上講，聲音是物質(zhì)內(nèi)部原子位移的行波，只能傳播能量而不能傳播質(zhì)量。

今年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)聲波可以傳輸一小部分材料質(zhì)量，令物理學(xué)家非常驚訝。聲波傳輸?shù)馁|(zhì)量( 等于波的能量乘以一個(gè)與聲速和材料密度有關(guān)的因子 )通常是非常小的，但在某些情況下是可以測(cè)量的。例如，玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體中高能聲波的質(zhì)量可能高達(dá)系統(tǒng)總質(zhì)量的0.1%。

味覺(jué)物理學(xué)

物理學(xué)家們細(xì)細(xì)品味了兩種冬天常吃食物——威士忌和可麗餅

新西蘭和法國(guó)兩名研究人員應(yīng)用所謂的最優(yōu)控制理論，設(shè)計(jì)了一種制作完美可麗餅的攻略。他們的模型考慮了烹飪過(guò)程中的粘度變化和面糊在鍋里的流動(dòng)，兩人詳細(xì)描述了鍋的傾斜度和手腕的運(yùn)動(dòng)情況，這樣就可以做出沒(méi)有結(jié)塊的可麗餅。

美國(guó)威士忌產(chǎn)業(yè)中心肯塔基州的路易斯維爾大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)美國(guó)威士忌有一種特有的性質(zhì)，這種性質(zhì)有助于發(fā)現(xiàn)非法的仿冒品和研究快速熟成的酒品。

研究人員發(fā)現(xiàn)，稀釋后的美國(guó)威士忌蒸發(fā)后會(huì)留下獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而蘇格蘭威士忌和其他蒸餾物則沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就像威士忌的“指紋”，可以用于確定威士忌的類(lèi)型和年份