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重力

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第一次直接观察黑洞及其‘shadow’ is 物理世界 2019年度突破

的 物理世界 2019年度突破归功于使用Event Horizo​​n望远镜工作的天文学家 用于捕获黑洞及其“阴影”的第一个直接视觉证据。在2019年的十大突破中,其他九项成就得到了高度赞扬,其中包括将大脑活动转化为语音的设备,功能强大的磁铁和首次反物质双缝实验。

黑洞的第一张图片
黑洞的第一个图像。 (礼貌:EHT协作)

这张现在具有标志性的图像显示了一个超大质量黑洞周围的环形辐射环,该黑洞位于距地球5500万光年的星系中心。事件视野望远镜天文学家是第一个获得黑洞事件视野附近区域图像的人,在该点之外,物质和能量无法逃离物体’强烈的重力。这是通过组合全球六个不同地点的八个广播天线的输出来完成的,这本身就是工程上的成就。

黑洞的质量是太阳的65亿倍。图像中照亮的环是积气盘中黑洞周围的气体和灰尘。它被加热到数十亿度,因此在无线电波的作用下明亮地发光。爱因斯坦’广义相对论预测,黑洞周围会有一个“阴影”,大约是事件视界半径的三倍—这在图像中很明显。由于阴影的大小和形状主要取决于黑洞的质量,而在较小程度上取决于黑洞的旋转速度,因此阴影非常受关注。

“我们正在为人类提供黑洞的第一个视角-通往我们宇宙的单向门,”他说 谢珀德·杜勒曼 2019年4月10日宣布观测结果时,他是EHT的首席天文学家,麻省理工学院(MIT)干草堆天文台的观测员。

您可以在中阅读有关突破性观察的更多信息“天文学家在地标发现中揭开的黑洞的第一张图像“.

由五个人组成的精锐团队评选出了今年的十大突破 物理世界编辑们,筛选了今年在该网站上发布的数百项研究更新。除了被报道过 物理世界在2019年,我们的选择必须满足以下条件:

  • 知识或理解上的重大进步
  • 工作对于科学进步和/或开发实际应用程序的重要性
  • 普遍感兴趣的 物理世界 readers

这是剩下的九名亚军。 物理世界 按照我们今年对它们的排名顺序,2019年十大突破。

神经修复设备将大脑活动转化为语音

均分 哈桑·阿克巴里(Hassan Akbari)哥伦比亚大学祖克曼研究所的Nima Mesgarani及其同事Edward Chang,Gopala Anumanchipalli和Josh Chartier 加州大学旧金山分校的研究中心,专门开发了可以从神经活动中重建语音的神经修复设备。新设备可以帮助无法说话的人恢复与外界交流的能力。受益人可能包括瘫痪的患者或中风后康复的患者。除了医疗应用之外,将人的思想直接转化为语音的能力还可以为计算机提供直接与大脑进行交流的新方式。

首次检测到“地震”

致NASA研究人员 InSight mission 用于探测火星上的地震信号。 2019年4月6日发现了第一次“地震”,研究人员认为,微小的震颤起源于行星内部,而不是风或其他表面现象的结果。现在,红色星球与月球相连,成为检测到地球外地震活动的地方–与月球一样,火星也没有构造板块,因此在地震活动方面,火星比地球安静得多。研究火星的地震学应该提供有关行星内部及其形成方式的重要信息。

欧洲核子研究中心的物理学家在魅力介子中发现对称违规

对于在CERN的大型强子对撞机进行LHCb实验的物理学家 第一个在魅惑介子中测量违反电荷平价(CP)的行为。小组通过测量D比率的差异来发现CP违规0 介子(包含夸克)和反D0 介子衰变为kaon / anti-kaon对或pion / anti-pion对。自D以来0 and anti-D0 衰变产生相同的产物,对于LHCb团队来说,最大的挑战是确定事件是否与D相关。0 or an anti-D0。虽然此最新测量与我们对CP违规的当前理解相一致,但它开辟了在标准模型之外寻找物理的可能性。

“小线圈”创造了创纪录的连续磁场

至 成永哈恩 及其同事在佛罗里达州塔拉哈西的国家高磁场实验室(MagLab) 用于创建实验室中有史以来最高的连续磁场。使用名为“ Little Big Coil”的紧凑型高温超导磁体设定了45.5 T的记录。以前的45 T记录是由重达35吨的磁铁设定的,而MagLab设备仅为390 g。该磁铁的设计目的是获得更高的磁场,但在破纪录的运行中被损坏。这一突破可能会导致在包括医学磁共振成像,粒子加速器和聚变设备在内的一系列应用中使用的高磁场磁体得到改善。

卡西米尔效应为微小物体创造“量子陷阱”

致加州大学伯克利分校张翔及其同事 第一个使用卡西米尔效应捕捉微小物体的人 –一种奇怪的现象,其中量子涨落可以在物体之间产生吸引力和排斥力。 Zhang和他的同事使用了吸引和排斥的卡西米尔(Casimir)力的可调谐组合,将一小片金薄片固定在黄金和特氟隆表面之间,而没有能量输入。测量陷波过程中涉及的微小力是光学计量学的成功,它可以更好地理解卡西米尔力如何影响微机械设备的运行。如果可以进一步控制作用力,那么甚至可能会有涉及捕获粒子的实际应用。

反物质量子干涉仪首次亮相

与正电子和激光进行量子干涉和引力(QUPLAS)合作 第一个使用反物质的双缝式实验。他们的实验包括通过周期放大的两光栅Talbot-Lau干涉仪发送一束正电子(反电子),并证明反粒子的行为像波并且受到量子干扰。他们观察到衍射图案随着正电子束能量的改变而改变,这是量子理论所预测的,而经典物理学无法解释。突破可能导致其他寻找物质和反物质的量子性质之间差异的实验。

量子计算机胜过传统的超级计算机

对于Hartmut Neven来说,约翰·马丁尼斯(John Martinis)和Google AI 量子以及其他几家美国研究机构和大学的同事率先 与传统的超级计算机相比,在量子计算机上进行计算所需的时间要短得多。通过包括53个可编程超导量子位的量子计算机,实现了优于常规计算机的“量子至上性”。它在大约200秒钟内执行了基准计算,而该团队估计,一台超级计算机将花费大约10,000年的时间进行相同的计算。自从批评者声称实际的超级计算机执行时间更像是2.5天后,该团队仍显示出明显的量子计算优势。

陷波干涉仪可制造出紧凑的重力探头

致加州大学伯克利分校的Victoria Xu和他的同事创造了一种新的,更紧凑的方法 使用被捕获的原子来测量由于重力引起的局部加速度。他们的“量子重力仪”依赖于原子云首先在空间中垂直分离,然后被允许重组时产生的干涉图样。尽管大多数重力计会测量重力对原子在空间中坠落的影响,但伯克利装置将原子悬浮在光阱中,在此它们与重力场相互作用长达20秒。这提高了测量的灵敏度,为从地球物理勘探到基本力敏感测试的各种应用铺平了道路。

首次与儿童一起使用的可穿戴式MEG扫描仪

感谢诺丁汉大学,牛津大学和伦敦大学学院的Ryan Hill,Matthew Brookes及其同事 轻巧的“自行车头盔”式脑磁图(MEG)扫描仪 可以测量进行日常活动的儿童的大脑活动。传统的MEG系统使用超大型尺寸的头盔中的超低温冷却传感器来测量大脑产生的微小磁场,该头盔体积大且对任何头部运动都高度敏感。取而代之的是,该团队在500 g头盔上使用了轻型光学泵浦磁力计,该头盔可以适应任何头部形状或大小。该扫描仪用于两岁的儿童(没有镇静剂的最难扫描年龄),五岁的儿童看电视,一个少年在玩电脑游戏和一个成年人在玩夏威夷四弦琴。

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