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2010年世界科技发展回顾(2)

时间:2011-01-04 00:37:32 来源:科技日报|http://www.stdaily.com/
2011年01月03日    科技日报
 
基础研究
  美 国
 
  高能物理、宇宙反物质和暗物质研究有新成果,微观控制获突破,单光子实现波长转换,“国家点火装置”点火演练,发现部分超重元素的6种同位素。
 
  毛黎(本报驻美国记者)2010年1月,东北大学宣布,由数百万条超材料纳米线阵列制成的新型纳米镜头可以同时利用普通光波和“易逝”光波来构建图像,打破了衍射极限,获得了现有技术无法达到的超高分辨率成像。
  2月,相对论重离子对撞加速器(RHIC)在实验室创造出了超出太阳中心温度25万倍(约达4万亿摄氏度)的超高温度环境,该研究为探索宇宙成因提供了重要线索。
  3月,美国相对论重离子对撞机完成的实验显示,在本应遵循宇称守恒现象的庞大磁场中,科学家探测到了宇称不守恒现象,这使得该定律受到挑战。
  加州大学发明可将光脉冲快速转化成电子信号后返回脉冲的新型设备,其可应用于超快速、高容量的通讯系统。
  科学家首次成功地将人眼可见的物体置于量子状态,即让它处于动和不动的叠加状态,这表明量子力学的原理不但适用于原子,也适用于宏观物体。
  4月,科学家利用超级计算机成功计算出了3个最轻的夸克——上夸克、下夸克和奇异夸克的质量,误差幅度从10倍至20倍降低到了百分之几,但夸克为何拥有质量仍是未解之谜。
  美国国家航空航天局(NASA)对约50万个变形星系进行深入研究后发现,这些变形星系为宇宙的加速膨胀提供了确切证据,证实了爱因斯坦的广义相对论。
  5月,费米国家实验室仔细分析了Tevatron加速器实验获得的质子和反质子碰撞数据后发现,B介子衰变产生的μ介子对比反μ介子对多1%,这将有助于解释为何宇宙间充斥着物质而不是反物质。
  加州大学天文学家在距地球4亿光年之处发现了巨大的星系际气体储存槽,其温热星系际物质每立方米约含有6个质子。证据显示这些弥漫之物正是科学家不断寻找的宇宙丢失物质。
  密歇根大学实现了更加理想的由相干激光束组成的里德伯原子阱,其在量子信息处理或高精度光谱学方面优于其他原子阱。
  加州大学首次记录并量化了光合作用中的量子纠缠。实验表明,量子纠缠能够在一个生物系统中存在并且持续一段时间,且温度对纠缠程度的影响微乎其微。
  基本的双极晶体管都适用基尔霍夫电流定律,即所有流进的电能必须全部流出,但伊利诺伊大学称,因获得三端口晶体管激光器而修正了基尔霍夫定律。
  德克萨斯首次观测到了布朗运动中单个粒子运动的瞬时速度,证明了能量均分定理适用于布朗粒子。爱因斯坦百年前关于此事不可能完成的预言遭遇挑战。
  6月,美国和加拿大科学家称,获得了电子通过由铀、钌和硅组成的URu2Si2晶体时明显变“重”的首幅照片,新研究为了解重费米子的特性和功能提供了方法,对于研发新的高温超导物质意义重大。
  科学家首次在室温条件让有机半导体材料受电磁激子作用产生激光,该研究或有助于研发可用于通讯和量子计算等领域的更加高效、灵活的激光器。
  7月,纽约州立大学将一类高温超导体内电子状态与棒状聚合物进行了比较,推断“赝能隙”实际上是某类超导物质的另一个相位,找到了解开高温超导领域“赝能隙”现象的关键“钥匙”。
  洛斯阿拉莫斯实验室首次成功获得一种罕见的铀氮分子合成物,其末端上铀原子仅与一个氮原子结合,这一特性为该分子今后用作核燃料时找到了安全的储存方式,也为铀燃料使用后的废物处理提供了途径。
  马里兰大学使用其研发的独特的金属/半导体混合纳米设备,在仅为几纳米的胶体纳米结构中首次实现了量子比特自旋的完全控制。
  9月,耶鲁大学利用激光把氟化锶(SrF)分子冷冻到仅有几百微开氏度,超冷分子有助于科学家研究量子力学的化学属性。   
  10月,美国国家标准和技术研究院将量子源产出的波长为1300纳米的近红外单光子转换成了波长为710纳米的近可见光光子,首次实现了单光子波长转换,有望帮助开发出包含量子通信、量子计算和量子计量的混合型量子系统。
  劳伦斯伯克利国家实验室发现了114号、112号、110号、108号、106号和104号这6种超重元素的同位素,进一步让人们接近认识“稳定岛理论”。
  美国宇宙学家们在银河核心处发现关于暗物质粒子的最有说服力证据。相撞而毁灭的暗物质粒子比质子重约8倍到9倍,比先前估计的要轻。
  美国建造的世界最大的激光器“国家点火装置”取得了重大进展。10月,“装置”完成了首次综合点火实验,在11月2日的再次综合点火实验中,激光系统射向一个含有氘和氚的玻璃管,最终释放出的能量高达130万兆焦,中心最高辐射温度达600万华氏度(约316万摄氏度),相当于恒星或大行星核心的温度。
  匹兹堡大学研制的新型纳米光传感器能够与原子大小的电子电路兼容,使光子同单个分子的相互作用成为可能。
  康奈尔大学等机构两项研究提供了新证据显示超固态的存在,处于这种状态下的固体能毫无摩擦力地流动,从而驳斥了专家此前的质疑。
  NASA在银河系中心观察到了过去从未发现的、跨度为5万光年的天体结构,它可能是黑洞喷发的残余物质,或将成为超大黑洞存在的直接证据。
  钱德拉X射线天文望远镜在距地球5000万光年外发现年龄31岁的迄今最年轻黑洞。它的出现为人类观测这类婴儿期天体提供了良机;而其前所未有的精确年份,亦可帮助人们了解黑洞的诞生衍变及恒星们的命运。
  借助哈勃太空望远镜搭载的仪器,科学家们获得了阿贝尔1689(Abell 1689)巨型星系团中暗物质分布的具体位置,这是迄今关于暗物质最精确的分布图。
  12月2日,NASA科学家宣布新发现了一种独特的细菌,能利用砷来代替磷元素构筑生命分子,进行一些关键的生化反应。如果得到进一步确认,该发现将使人类对生命的认识发生重大改变。但有科学家质疑实验程序和器具降低了报告的可信度,砷可能被依附在DNA上而不是进入了DNA,结论尚未作定断。
 
    加拿大
 
  揭开有限的人体基因能够产生海量遗传信息的奥秘;提高了捕获到的反氢原子的存在时长,为研究分析赢得了宝贵时间。
 
  杜华斌(本报驻加拿大记者)加拿大科学家发现,DNA中一个隐藏的“剪接密码”可以用来解释为什么有限数目的人体基因能够产生出如此巨大数量的遗传信息。该项发现揭开了遗传学研究中最主要的奥秘之一,弥合了多年来人类对基因组的认识和对细胞内复杂生产过程活动的认识之间存在的鸿沟,将来可有助于预测和防止癌症和神经退行性疾病的产生。
  加拿大一项研究成果表明,老鼠和人类一样使用面部表情来表达疼痛感觉。科学家据此建立了“老鼠痛苦面部表情测量方法”,极有可能为治疗人类疼痛症状给出更佳解决方案,并且可以改善实验室动物的生存状况。
  加拿大科学家与其他国家的科学家合作,首次成功使“捕获”的反氢原子存在了0.17秒,将反物质的存活时间从之前的百万分之一秒量级提高到十分之一秒量级,为使用科学仪器对反物质进行研究分析提供了宝贵的时间。该项研究成果意味着科学家离最终揭开宇宙中反物质的奥秘更近了一步。参与国际合作研究的加拿大科学家研发出了反氢原子毁灭信号探测器。
 
  英 国
 
  天文学领域探索成果显著,暗物质研究出现争论,其他基础研究领域虽无重大突破但不缺亮点。
 
  刘海英(本报驻英国记者)谢菲尔德大学天文学家发现了迄今为止质量最大的恒星R136a1,经长期强风劲吹后,其质量“缩水”,但依然是太阳质量的265倍;莱斯特大学的科学家则探测到了目前最明亮的“超光亮X射线光源”,其亮度比最亮的恒星级质量黑洞要亮10倍到上百倍;而曼彻斯特大学天文学家发现的可能是迄今看到的最明亮也是持续时间最长的“微型类星体”,这一类宇宙中最明亮的天体的微缩版本,直径不超过1光年或2光年,但其亮度比银河系整个星系的亮度高数千倍;英国开放大学科学家在银河系最大星团发现的一颗罕见的磁星(magnetar),其源于一颗质量至少为太阳质量40倍的大恒星(该磁星的祖先)的塌缩,它的出现挑战了被广泛接受的有关黑洞起源的理论。
  在天文学领域的新发现,也使广受争议的暗物质研究更加引人注目。4月份,英国《英国国立天文学会杂志》刊文称,科学家拍摄到距地球约30亿光年的20个系外银河团的图像,研究分析后发现,银河团内的暗物质大量呈扭曲状态的椭圆状分布,这一新证据强力支持了暗物质的标准理论。而6月份,英国天文学家对宇宙微波背景辐射图谱进行的最新研究认为,实际的宇宙微波背景辐射起伏远比过去认为的要小得多,目前据此建立的宇宙标准模型可能是错误的,暗物质和暗能量也许根本不存在。
  2010年英国科学家在基础研究领域的亮点还包括:研发出新碳基超导物质,通过施加一定压力改变C60的晶体结构,从而使Cs3C60能够从磁绝缘体转变为超导体,而其超导转化温度也从38K转化为35K;通过对宇宙星系3D图像观察分析,测定出目前最精确的中微子质量测量值——质量上限不超过0.28电子伏特;提出用弦理论来预测“量子纠缠”系统中量子位行为的数学模型,结合实验室检验验证弦理论学说是否正确;首次在固体材料中发现了被一些物理学家认为是万有理论基础的E8对称,同时也证实了长期以来对零磁场谱的推测;在金属磁体热膨胀中观察到最大原子位移等等。
 
  俄罗斯
 
  成功合成第117号元素。
 
  张浩(本报驻俄罗斯记者)2010年4月,俄罗斯杜布纳联合核研究所与国际科研小组成功合成了一种拥有117个质子的新元素,即第117号元素(ununseptium),这项科研成果有望填补目前第116号和118号元素之间缺失的“一环”,有助于证实“稳定岛”的存在,从而支持理论界长期以来的假设:新合成的元素会越来越重,亦会变得更加稳定。
 
  德 国
 
  打破最短暂激光脉冲的世界纪录,拍摄氢分子内“电子运动”的系列照片,在物理学领域进展突出,启动多个国际性基础研究项目。
 
  李山(本报驻德国记者)2010年1月,德国马克斯普朗克天体物理研究所的科学家利用计算机模拟出了双白矮星形成超新星的过程,该研究有助于远程测定超新星,亦有助人们更好地了解宇宙中的星球爆炸和演变以及宇宙膨胀等一系列问题。
  2月,以德国亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)为首的一个国际研究小组首次成功使用离子阱捕获了102号元素锘的原子,并以空前的精度直接测量了锘原子的质量,这将使获得长寿命的超重元素成为可能。
  4月,德国科学家发现辐射照射产生的另外一种粒子——水合电子,在高能辐射对人类遗传物质(DNA)的损害过程中可能比所谓的自由基更危险。该发现将对抗癌中使用的放射疗法产生影响。
  5月,德国马克斯—玻恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所与奥地利同行一起创造了出现时间仅为12阿秒(1阿秒=10-18秒)的激光脉冲,打破了最短暂激光脉冲的世界纪录。
  6月,包括德国科学家在内的一个欧洲研究小组首次成功使用阿秒激光脉冲拍摄了氢分子内“电子运动”的系列照片,从而突破了观测电子运动的技术瓶颈,为理解化学反应奠定了基础。
  同样是以德国科学家为主的欧洲研究团队在微重力下的量子气体(QUANTUS)项目上取得重要进展,他们成功开发出一种仪器,可在微重力条件下产生玻色—爱因斯坦凝聚态。
  7月,位于德国汉堡的“欧洲X射线自由电子激光”项目的核心工程——3条地下隧道正式动工。该项目由德国牵头,欧洲11个国家共同合作,总耗资达10亿欧元。
  德国马普生物地球化学研究所的科学家首次根据测量数据估算出地球的碳循环轨迹,即地球上二氧化碳的自然释放和吸收量,这有助减少气候变化后果预测的不确定性。
  10月4日,欧洲基础物理学领域最大的科研装备之一——“反质子与离子研究装置(FAIR)”在德国威斯巴登举行了项目签约仪式,德国、俄罗斯等9个国家共同签署了这一耗资约12亿欧元的国际合作协议。
  11月,德国波茨坦气候影响研究所发表公告称,北冰洋表面冰层消失可能导致未来欧洲和亚洲北部更频繁出现异常寒冷的冬天。
 
  法 国
 
  揭开细菌低温存活之谜,南极内陆冰盖首次发现彗星尘埃,首张宇宙全景图公布。
 
  李钊(本报驻法国记者)2010年1月,法国国家科研中心与意大利和德国的科研机构联合研究小组宣布,他们发现了细菌能够在低温环境下存活的秘密:“冷休克蛋白”的信使核糖核酸具有感知冷暖的特殊能力,在低温下反而能够更有效地复制细菌的遗传信息,帮助细菌生存繁衍。   
  4月,欧航局的宇宙探测卫星“普朗克”成功拍摄了猎户座和英仙座“造星工厂”的图像,这将有助于了解恒星形成的奥秘及银河系中尘埃气体呈目前形状的复杂过程。
  5月,法国与意大利科学家在南极内陆冰盖冰穹C地区发现了外星微粒,这些保存完好、由含有有机物质的矿物质组成的外星微粒可能来自于外太空的彗星。这是科学家首次在南极中部雪原发现彗星尘埃,相关样品和检测报告已经得到法国核子与质子光谱仪研究中心的确认。
  7月,欧航局发布了首张宇宙全景图,这是“普朗克”太空望远镜完成的第一个杰作。该图不仅提供了认识宇宙星空的新方式,还将告诉人们在宇宙大爆炸后,浩瀚的宇宙发生的点点滴滴。
  法国空间署发布了其天文卫星皮卡尔于7月22日拍摄的首张太阳全景照片。该卫星的主要任务是观测诸如太阳直径及其辐射等特性,以增进人类对太阳活动及其对地球影响的了解。
  9月,两名法国数学家获得了被誉为数学界诺贝尔奖的菲尔兹奖,该奖自1936年开设以来共颁发了52枚奖牌,法国人获得了11枚,数量仅次于美国,不负其在数学研究领域享誉已久的盛名。
  11月15日,法国国家科研中心发表公报说,该机构研究人员通过对绿藻的观测,揭开了生物钟“守时”的秘密:在基因和蛋白质的调节机制的作用下,生物体内的蛋白质数量随着时间周而复始地变化,从而保证生物钟“准点”。
  12月14日,法国宣布准备在北部的埃松省建立地中海海啸预警中心,预计于2012年正式投入运行,主要工作是确定地中海沿岸最易遭受海啸袭击的地点,并负责绘制危险区域图和制定疏散计划等。
 
  日 本
 
  开发气候变化预测系统,利用大强度阳子加速器获得多项成果,再次启动高速增殖反应堆研究,首次证明了负责无氧呼吸的膜蛋白质的构造。
 
  葛进(本报驻日本记者)2010年2月,国立环境研究所的研究人员成功再现每10年太平洋海水水温的变化。他们先开发出一种预测10年间气候变化的系统,然后在超级计算机“地球模拟器”上进行演算,从而得到了海水水温每10年间的变化。该研究对于预测未来气候变化具有借鉴意义。
  日本检测出300公里外由大强度阳子加速器(J-PARC )释放的中微子,实验可以为解开中微子的质量等有关中微子的未知问题提供帮助。
  3月,大强度阳子加速器生成世界上最强力的脉冲介子。介子与中性子和中微子一样,是由加速器制造的二次粒子中的一种。强力的介子束在基础物理学方面以及磁性材料、超电导材料和燃料电池材料等很多应用科学方面有着广泛的应用前景。
  利用设置在大强度阳子加速器中的高性能中性子回转装置,日研究人员成功解析了有机结晶的构造,对于基础研究以及开发医药产品、食品、农产品和有机高分子材料等均有积极的促进意义。
  5月,日本重启“文殊”号高速增殖核反应堆,该反应堆的燃料以从核废料中提取的钚为主,可以大大提高核燃料的使用效率。这是自1995年“文殊”因两次冷却用钠泄漏事故而停用后的再次运行,标志着日本高速增殖反应堆研究的再次开始。
  6月,日本“地球”探查船开始勘探冲绳海沟的“海底烟囱”。“海底烟囱”指的是深海底部不停喷出热水的部位,被很多人视为地球生命的发源地。此次日本计划海底最大勘测深度50米,搜集岩石核心样品,并为未来研究其周边微生物做准备。
  7月,产业技术综合研究所的研究人员发现,一直以来人们认为的“氢脆”原理未必正确。“氢脆”指的是在钢等金属中加入氢会导致其强度下降,但实验显示,在加入极多量的氢的情况下,金属的强度反而有显著的上升。
  日本原子能研究开发机构的研究人员证实,水在蛋白质构造的转变中发挥着决定性作用。这项研究成果对于解开含水酶的活性构造、新型药物的开发以及食品防腐新方法的开发都具有积极意义。
  10月,两名日本科学家因合作开发了“有机合成中钯催化交叉耦合”而获得诺贝尔化学奖。
  金泽大学的研究人员成功拍摄到分子级别的肌肉运动。通过将原子间力显微镜的可视化速度提高1000倍,研究人员观测到肌肉分子的运动好像人的两条腿在走路,从而将以往的推测可视化。
  11月,理化学研究所的研究人员首次证明了负责无氧呼吸的膜蛋白质的构造,对在地球上氧气增加之前生存的生物来说,无氧呼吸必不可少,该成果将为研究生物进化的历史提供有力的证据。
 
  南 非
 
  发现200万年前类人新物种,有助于增进对人类进化过程的了解。
 
  李学华(本报驻南非记者)南非金山大学的古人类学家在约翰内斯堡西部马拉帕洞穴中发现了两具拥有200万年历史、趋近完整的南方古猿源泉种化石。发表在2010年4月9日《科学》杂志上的论文称,这些化石属于新的类人物种,将有助于增进对人类进化过程的研究,帮助了解晚期南方古猿是如何向人类最早直系祖先过渡的。在南方古猿和能人间是否存在过渡物种一直是难解之谜,此次发现的化石可能正属于这个过渡物种。
 
  乌克兰
 
  重视跨学科研究,在数学、物理、材料、天文领域取得了许多重要的基本成果以及应用研究成果。
 
  程刚(本报驻乌克兰记者)乌克兰的科学家们开发出了全新的动态内容定址存储器模型,这一模型适合实时操作;在分子细丝中发现了高度不对称现象,可用于打造分子整流器;深入地发展了活组织焊接的科学原理,并基于这些原理首次成功地实施了新型外科手术;提出一种新奇方法来测定不同透明度的物体在冷却时的辐射和热特性;开发出可生产带量子点的金属氧化物半导体膜纳米结构的新型技术;制定了制造兆赫检测器的技术基础;预测了电子自旋性质在循环纳米结构中的新影响;提出了机械和氢化物活化合成纳米结构复合铜粉、铁基和钛基合金的制造方法及其应用;利用纳米分层添加剂,研究了焊接的基本原理;针对太阳的活跃进程、太阳风干扰及其对地球电离层的影响、地球电磁环境中自然干扰和人为干扰及其对人类健康的影响进行了广泛研究;建立了网格系统建设的原则和方法,以解决空间开发问题,并开发决策支持系统的知识信息技术;在核子技术和核辐射技术及核材料应用领域,开发出了依靠参考样本复原的新型技术,并准备在发电厂投入使用。
 
  巴 西
 
  重视基础科研,科学产出名列世界第十四。
 
  张新生(本报驻巴西记者)巴西科技界对基础科研比较重视。“免费期刊信息分析平台”SCImago2010年的一项调查显示,巴西在科学产出上名列世界第14,相当于所有其他拉美国家的总和,在发展中国家中仅次于中国和印度。调查项目主要包括论文登记数量(巴西有34145篇)、可引用文章数量(巴西2008年为32829篇)以及论文引用次数(巴西为38237次)。
  在生物医药、传染病研究方面,巴西科学产出处于世界较前位置,而在技术投资以及科技人员数量上与发达国家相比仍然很低,要想在世界科技领域占据突出位置,还需增加科技投入。

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