2021物理大事汇：μ子磁性异常，时间晶体现身，天体物理大丰收

Posted 2022-01-14 QbitAl

行早 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

2021年马上就要过完了，科学家们今年对物理的探索也结出了更多的硕果：

有粒子物理界的轰动发现，有时间晶体的神奇性质，还有深空中绽放的流光溢彩……

而就在最近，Quanta Magazine便站在岁末，总结了六个年度物理事件。

现在，就带你来一同回顾下今年值得一看的重大发现吧。

2021六大物理事件盘点

1、μ子磁性异常

在今年4月，美国费米实验室发生了一件轰动性事件：实验结果显示电子的“表哥”μ子的磁性与理论预测不符。

虽然实验结果与理论预测只相差了0.1%，但是却难以通过标准模型去解释。可能其背后还有其他未知粒子。

全部的数据分析尚需时间，但是如果这一发现属实，将可能颠覆粒子物理的标准模型。

进一步了解：

粒子物理标准模型错了？电子“表哥”磁性超出理论预计，物理学家找到未知粒子存在证据

2、时间晶体，“永动机”？

‍‍‍‍在今年7月，来自斯坦福大学，牛津大学，谷歌量子AI实验室和马普所的大佬们在谷歌的量子计算机上创造出了时间晶体。

这块晶体有点特殊，它会在两个状态之间来回翻转，就像一个摇动的钟摆。

虽然这个过程需要激光触发，但是它并不会吸收激光也不会辐射任何光线，因此既不损失能量，也不消耗能量。

看起来就像在打热力学第二定律的擦边球。

3、确定银河系巨型气泡结构

今年12月9日，随着一篇Nature研究成果的发布，一场持续了60多年的争论尘埃落定。

经X射线分析显示，在银河系中心确定了一个数万光年高的气泡结构（黄色，近似上下对称），可能是数百万年前银河系超大质量黑洞吃掉气体云产生的残渣。

其实早在上世纪50年代，天文学家就发现了在银河系平面上方有一个弧形结构。

但是由于我们就处于银河系之中，不能以一个跳出银河系的视角去观察它。

相当于天文学家只能看到“侧视图”，没有“俯视图”和“正视图”。

这就导致没法判断这个东西到底在哪，是更近一点还是更远一点，是“星系级”的结构还是说只是“恒星级”的尘埃。

不过随着eROSITA（轨道X射线望远镜）的观测，逐渐证实了它是“星系级”的结构，处于银河系中心，有45000光年那么高。

形成原因可能是数百万年前一团气体云太靠近超大质量黑洞而产生了喷流。

4、微软赞助的量子计算研究被Nature撤稿

在2018年，受雇于微软的荷兰代尔夫特理工大学教授Leo Kouwenhoven，领导他的研究团队在Nature上发表了名为Quantized Majorana conductance（量化的马约拉纳电导）的论文。

论文声称，在纳米线发现了被称为“天使粒子”的马约拉纳费米子（Majorana Fermion）存在的有力证据。

而如果这种粒子存在，那么就可以通过操控这种有诸多优点的粒子，实现一种全新的量子计算机。

可以说，这篇论文的结论直接关乎微软量子计算路线的未来。

但是出人意料的是，事情竟然反转了，有人在推特贴出了论文数据存在人为剪辑的证据：

后来，在2021年3月，Nature撤回了原论文。

在撤稿声明中，团队承认了之前对原论文中的电荷跳跃相关数据进行了“不必要的修正”。并且进行了道歉：

“for insufficient scientific rigour in our original manuscript.”

我们在原始草稿中缺乏科学的严谨性

而重复实验后得到的真实结果表明，重新绘制的实验数据，包括之前没有减掉的，恰恰证明了论文的结论不成立。

进一步了解：

Nature今年首次撤稿给了微软：研究团队成员自曝删改不利数据，量子计算重大进展是假的

5、M87中心黑洞喷流问题得解

长久以来，我们可以理解黑洞会仗着它无与伦比的引力吸入很多东西。但是令人费解的是，为什么黑洞还会喷出许多喷流，这难道不矛盾吗？

这个问题在今年也有了答案。

几周前，事件视界望远镜（EHT）团队发布了另一张M87星系黑洞照片（可以说是人类首张黑洞照片的高清版了），给一个44年前的理论提供了证据支持：

在1977年，来自剑桥大学的物理学家Roger Blandford和Roman Znajek，针对黑洞喷流问题给出了这样一个解释：

旋转的超大质量黑洞会将周围的磁场扭曲成紧密的螺旋形状，这种扭曲产生的电压将能量从黑洞中沿着螺旋线吸出来，从而产生喷流：

而仔细看新拍摄的照片，能从中发现一些条纹，正是这些细节表示黑洞周围的光是强偏振的，是从黑洞周围强大而有序的磁场中产生的。

6、韦伯望远镜预计发射

哈勃望远镜的继任者韦伯望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）计划今年于圣诞节发射。

由于1990年发射的哈勃望远镜服役太久了，而且已经经历了数次维修，需要一位生力军去代替它。

韦伯望远镜耗资高达100亿美元，直径6.5m，主镜由18个镜面组成，主要任务是观测宇宙微波背景辐射。

它将被发射到太阳和地球的第二拉格朗日点（引力平衡点）。在这里太阳和地球对韦伯望远镜的引力达到平衡，三者可以保持相对静止。

但是问题在于，这个原定于2007年发射的望远镜，已经鸽了十几次了，这才推迟到了今年的圣诞节。

看样子，韦伯望远镜的发射，到底能不能加入今年的物理事件回顾，这确实是一个值得考虑的问题~

参考链接：

https://www.quantamagazine.org/the-year-in-physics-20211222/