Physics World 评选出2018年度十大科学突破

本篇文章3122字，读完约8分钟

最近，由英国物理学会主办的《物理世界》杂志评选出了2018年十大科学突破。麻省理工学院的Pablo jarillo-herrero和他的同事获得了2018年的科学突破奖，因为他们开创了“twistronics”的新研究方向，使科学家能够通过控制层状材料层间的角度来调整他们的电子特性。该团队首次利用一种全新的技术制备了“魔术角”双层石墨烯，并在其中发现了类似高温超导体的特性。2018年十大突破中的其他九项成果也受到高度赞扬，他们的研究课题涵盖了从第一次全身pet/ct扫描到零碳离子喷气式飞机。

2018年物理世界十大突破奖授予了2018年物理世界报道的研究。获奖者由《物理世界》的编辑选出，评估标准包括:

知识或理解的重大进步；

科学进步和/或实际应用开发的重要性；

现实世界中的读者普遍感兴趣。

神奇角落石墨烯开启角落电子新时代

石墨烯是一个单层的碳原子堆叠成蜂窝状。双层石墨烯是将两层石墨烯堆叠在一起，每层石墨烯都有自己特定的方向。Jarillo-herrero和他的同事发现，当石墨烯的方向旋转到一个特定的方向时，系统将显示莫特绝缘体的特性。

该团队由麻省理工学院、哈佛大学和日本国家材料科学研究所的研究人员组成，他们发现如果电子被电场吸附在双层石墨烯上，它可以变成超导体。

角电子的发现引发了石墨烯研究的一系列重要进展。哥伦比亚大学的科学家已经找到了一种方法来微调两层石墨烯之间的角落，并通过这种方法来控制电子的性质。这大大增加了石墨烯的应用潜力。

进一步的理论研究揭示了双层和三层石墨烯中的电子跃迁。理论物理学家指出，非常规超导体具有巨大的潜力，包括拓扑超导性和材料边界的拓扑“马略拉状态”。这些状态非常适合在量子计算机中制造量子比特，因为它们在环境干扰中表现出更强的稳定性。

最近，已经发现在二维材料中应用角可以抑制反向散射(u-过程)，这将降低高温下载流子的迁移率。

多功能碳纤维使无质量储存成为可能

查尔莫斯理工大学的叶小开asp及其在瑞典、意大利和法国的合作伙伴因揭示了多功能碳纤维无质量储能的应用潜力而获奖。尽管储能技术已经取得了很大的进步，电池仍然是笔记本电脑甚至汽车重量的重要组成部分。

除了优化电池材料以减轻重量之外，leif asp和他的合作者说，用于结构支撑的碳纤维的电化学特性也可以用来减轻设备重量50%。

补偿器促进了先进放射治疗方法在世界范围内的普及

华盛顿大学医学中心的埃里克·福特和他的同事发明了一种低成本的imrt方法。Imrt是一种精确的治疗技术，它使用复杂的多叶准直器(mlc)来结合光子束，从而减少对健康组织的损伤。虽然高收入国家的所有放射治疗诊所都使用IMRT，但在低收入和中等收入国家的大多数地区却没有。为了解决这个问题，福特和一个团队开发了一种低成本的多叶准直器替代物，多叶准直器是一种由轻质塑料模具制成的补偿器环，其中填充有衰减珠，如钨珠。该设备可安装在现有的直线加速器和钴远程治疗单元上，使临床无需购买新的治疗系统即可增加调强放射治疗功能。

联合国政府间气候变化专门委员会关于1.5摄氏度气候变化的特别报告

政府间气候变化专门委员会(ipcc)在10月份的一份特别报告中获得了1.5摄氏度的气候变化报告奖。这项工作由来自40个国家的91位作者完成。这份报告源于2015年的巴黎气候大会，并指出如果气候变暖能被限制在1.5摄氏度，气候变化的影响不会太大。“全球气温的每一次升高都将产生重大后果，特别是如果它升高1.5摄氏度或以上，将增加对地球产生不可逆转影响的风险。”ipcc第二工作组共同负责人Hans-otto portner说。

首次使用探索者pet/ct进行全身扫描

探索者联盟因使用全身pet扫描仪实现人体成像而获奖。

探索者pet/ct是世界上第一个能够同时以3d方式显示整个人体的医学成像系统。该系统由加州大学戴维斯分校的科学家和一个多机构团队开发，可以将pet系统的扫描速度提高40倍，使人体所承受的辐射量减少到原来的四十分之一。这使得在人体上重复扫描成为可能，并且还可以大大减少儿科检查中的辐射量。这种高灵敏度的扫描仪还可以拍摄胶片来跟踪放射性药物在体内的运动。

没有内燃机和螺旋桨的飞机的成功发展

麻省理工学院的史蒂夫·巴雷特和他的同事史蒂夫·巴雷特因制造了第一架没有内燃机和螺旋桨的飞机而获奖。

这架飞机的翼展为5米，由带电离子组成的“离子风”驱动。

史蒂夫·巴雷特说，他的工作灵感来自他童年时最喜欢的《星际迷航》:“未来的飞机应该是无声的，没有运动部件。”也许他们只能看到蓝光，但看不到像螺旋桨或涡轮这样的东西。所以我开始考虑如何在不移动部件的情况下实现飞行。”

实验表明量子力学打破了因果顺序

昆士兰大学的Jacqui romero，fabio costa，kaumudibikash goswami，christina giarmatzi，michael kewming和andrew white，以及格勒诺布尔阿尔卑斯大学的cyril branciard因他们的实验而获奖，他们的实验证明量子力学中没有明确因果顺序的事件也可能发生。这不同于经典物理学和日常生活经验。在经典物理学中，连续事件之间有严格的因果关系。为了观察不确定的因果关系，研究小组发明了一种“量子开关”，在这种开关中，光子可以选择两条不同的路径。一条路径是光子在B运算之前受到A运算的影响，而另一条路径是光子在A运算之前受到B运算的影响。如果两个操作一起执行，就不可能判断哪个操作在前面，哪个操作在后面。不确定的因果顺序——连同团队创建的量子开关——可能对处理量子信息有用。

激活视网膜干细胞可以恢复小鼠的视力

西奈山伊坎医学院的陈波和一个国际研究小组因通过激活视网膜干细胞成功恢复小鼠视力而获奖。在冷血脊椎动物中，穆勒神经胶质细胞(mgs)扮演视网膜干细胞的角色，它可以修复受损的视网膜神经元并恢复视力。然而，在哺乳动物中，mgs没有再生能力。在这项研究中，chen和他的同事试图通过两步基因转移法重新激活盲鼠的mgs。移植后4-6周，小鼠能够感知光线并恢复视力。虽然需要进一步的测试来确定视力改善的程度，但这种方法有一天会改变对视网膜变性疾病的治疗，这些疾病目前还没有治愈的方法。

古代氢提供了暗物质是什么的线索

亚利桑那州立大学的贾德·鲍曼、劳尔·蒙萨尔维、托马斯·莫兹森和妮维迪塔·马赫什以及麻省理工学院的艾伦·罗杰斯用边缘射电望远镜观察了BIGBANG之后仅存在1.8亿年的氢，其温度低于预期。特拉维夫大学的Rennan barkana认为这可能是第一次直接观察暗物质和传统物质之间的非引力相互作用。尽管需要进一步的观察来支持这个假设，这项研究可能有助于解决物理学中一个最重要的未解之谜:暗物质的本质是什么？

准晶中的超导性

名古屋大学的keiichiro、kazuhikodeguchi、高桥努·石正、keisuke kamiya、nobuo wada和noriaki sato、丰田理工学院的takeuchi、丰田物理化学研究所的takeuchi和东北大学的noriyuki kabeya因发现了第一个超导准晶而获奖，这是一种超导转变温度为0.005k的合金材料。传统超导体实现超导是因为电子通过电声耦合成对。当电子对由声子相互作用形成时，将会出现传统的超导性，晶格的存在导致了这种超导性。准晶体没有平移对称性，所以它没有晶格，所以它不应该是传统的超导体。自从1984年第一个准晶被发现以来，一些物理学家认为准晶中可能存在超导性，现在这一发现可能导致新的超导材料的出现。

来源：搜狐微门户