世界十大科技新聞

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁1首個原子X射線激光出生在越來越短的波長上實現激光發(fā)射是人們持久追尋的一個目標。激光的波長越短，捕捉到超快反應的可能性就越大；而激光色彩越純，展示的細節(jié)越清晰。1月，首個原子X射線激光在美國能源部斯坦福直線加速器中央（SLAC）國家加速器實驗室被勝利開辟出來。這是迄今為止獲得的世界上波長最短、色彩最純的X射線激光，同時也使45年前的一個預言得到應驗——可以像發(fā)明可見光激光一樣，通過使原子內部電子從高能級向低能級躍遷并在這一過程中釋放單色光來獲得X射線激光。研究人員利用斯坦福直線加速器相干光源（LCLS）發(fā)出的強大X射線脈沖，將密封艙內氖原子中的電子敲除，從而在氖原子外殼上留下狹小坑洞。當電子再回落填補這些小坑洞時，大約有1/50的原子通過發(fā)出一個在X射線范圍內的光子往返應。由此，X射線激發(fā)臨近更多的氖原子釋放更多的X射線，就像“多米諾效應”般，將激光放大了2億倍。因為X射線能協(xié)助人們深入看見分子和原子世界，該成就無疑等于開啟了一扇向新科學發(fā)現進軍的大門。相比號稱世界最強大X射線激光器的LCLS發(fā)出的脈沖，原子X射線激光的波長惟獨其1/8，并且色彩更純，能夠清晰地區(qū)別以前不可能看到的超快反應的細節(jié)，將生物分子的工作情況“盡收眼底”。未來，二者更是可以強強聯(lián)手，先由LCLS激發(fā)研究樣本中的反應，再用原子X射線激光從原子級精度上捕捉這些眨眼即逝的反應細節(jié)。2中國大亞灣實驗發(fā)現新的中微子振蕩不帶電、以近光速翱翔。小小中微子一向被稱為難以捉摸的變色龍，它們在翱翔中可以從一種類型改變成另一種類型，這就是中微子獨有的振蕩。三種中微子之間互相振蕩，兩兩組合，有三種模式?，F在，描述這一模型的最后一個未知參數也被填上了。3月8日，中國大亞灣中微子實驗宣布，以超過5倍的標準偏差確立了中微子的第三種震蕩模式，更確切地測定了中微子互相振蕩的3個混合角中的最后一個角θ13。而“θ13非零的事實，將使中微子物理學界在未來10年左右收獲豐厚”。更可言之，這個實驗結果使中微子物理學堅定地駛上了“快車道”。該消息一經發(fā)布后，大量國外專家和媒體對該事件高度評價。英國《天然》雜志稱：“一個曾經可望而不可及的參數，現已被首次確切地測量?！眳⒓哟髞啚稠椖康耐鈬鴮＜以u價此次發(fā)現新的中微子振蕩“可說是中國有史以來最重要的物理學成績”。美國《科學》將其列為2023年年度十大科學突破。而在評論文章中，用“完成了一幅中微子的概念圖”來描述這一成績，并稱“其為‘中微子與反中微子行為間不對稱’的實驗鋪平了道路。將可以解釋為何現在的宇宙中有如此多的物質，卻惟獨那么一丁點兒的反物質這一問題”。文章最后道：“看似，中國粒子物理的時代業(yè)已到來?！?首個量子初級網絡構建勝利量子世界有一種“心靈感應”——兩個微觀粒子無論相隔多遠，只要彼此處于量子糾纏，通過改變一個粒子的量子狀態(tài)，就可以使另一個粒子狀態(tài)也發(fā)生改變?！坝撵`般的遠距作用”只是它的表象。其實際應用是，利用這種量子糾纏特性建立的量子網絡，比現在的互聯(lián)網要快千萬倍，而且想要破譯異常之艱難。以上是理論的預測。但在今年4月15日，德國馬普量子光學研究所的科學家歷經數年，設計出一種“完美控制”量子網絡中所有組件的主意，進而第一次將兩個各自代表網絡節(jié)點的系統(tǒng)，通過一個60米長的光纖相連，并在它們之間舉行量子信息高效率和高保真的交換。這是首個初級量子網絡，其包含一對糾纏原子，這對糾纏原子可通過單光子互相傳遞信息，成為“第一個在節(jié)點之間可完成量子信息可逆交換的量子網絡原型”。在該原型中，節(jié)點之間完成了量子信息的可逆交換，并使遠程糾纏保持了約100微秒。盡管它只是初級量子網絡，但卻是第一次遠距離在大量分離的粒子之間創(chuàng)建量子糾纏，為科學家們提供了一個清晰的可擴展視角。羅馬不是一日建成的，量子網絡更不是。2023年年，仍是馬普量子光學研究所，曾將單個光子的量子狀態(tài)寫入一個銣原子中，經過180微秒后將其讀出，首次實現了單原子量子信息存儲。彼時之成績被譽為向聯(lián)網構建“量子網絡”的目標趨近，而今，他們總算將首個量子初級網絡構建勝利。4人工合成的XNA可實現DNA功能科學家們在“人造生命”的道路上又邁出了重要一步：我們耳熟能詳的DNA（脫氧核糖核酸）這個攜帶生命遺傳密碼的重要載體，如今已能被人工合成的物質替代了。4月，英國醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室等機構的研究人員宣布，他們人工合成了一種名為XNA的物質，在許多關鍵功能上可替代DNA。它也能存儲遺傳信息，因為與DNA一樣使用堿基作為鏈齒，XNA鏈條和DNA鏈條之間還可互相結合，實現遺傳信息的傳遞，確切度高達95％以上。此外，倘若滿意一些前提條件，部分XNA聚合物在試管中還能如DNA一樣進化成不同形態(tài)。而且，XNA具有抗生物降解特性，比天然DNA更結實，未來應用在核苷酸（DNA的基本組成單位）治療方面更具優(yōu)勢。XNA的合成依然遵循天然DNA的結構邏輯，所不同的是，其每一個部分都可用結構原理類似的物質來取代——這可以改變本來DNA的某些固有性能，達到不同的應用目的。也正是二者之間的不盡相同，說明DNA不一定是攜帶生命遺傳密碼的唯一載體。有科學家認為，XNA的浮上大概能夠在實驗室里發(fā)明出遺傳方式與地球現有生物不同的“另類生命”，從而揭示生命起源的秘密；它還可以協(xié)助解析DNA如何在生命演變中變得如此至關重要，甚至有助于尋找地外生物。盡管實驗證實可被高效合成的XNA能像DNA一樣存儲并傳遞遺傳信息，甚至自身進化，從而參加生命合成的過程，但XNA依然是依賴DNA衍生酶來復制的，還無法做到“自力更生”地在一個細胞中建立屬于自己的XNA系統(tǒng)，因此，這離真正合成一個人造生命形態(tài)還差十萬八千里。5人類首次可用意念控制機械手臂取物2023年年，美國匹茲堡大學的科學家曾使腦部植入微電極陣列的猴子學會了用自己的大腦神經信號直接控制假肢的運動，抓取食物喂到自己的嘴里；現在，這種以思維為動力有效控制機械臂取物的技術勝利由人類舉行了演示。5月，美國布朗大學的研究人員首次藏匿辟表了殘障病人利用腦機接口技術來執(zhí)行三維空間中復雜運動的實驗：兩位癱瘓多年、脖子以下無有效活動的中風患者腦部被植入電極，只用大腦信號的指示就能控制機械手臂夠到并抓起小球，其中一位臥床14年的女士，更是拿起咖啡并將它送到嘴邊喝了一口。將思維與機械相結合的嘗試從上世紀70年代便已開始。腦機接口技術獲取大腦神經信號的方式有兩種，大部分采用頭皮電極，相對安全，但其信息采集的效果較差。此次實驗則用了具有侵入性的植入電極技術，但卻帶給了我們兩個驚喜：研究顯示大腦處理運動的部分在人癱瘓10多年后還能繼續(xù)發(fā)揮作用；另外，這些電極均已植入兩位受試者腦內達5年之久，固然有一些退化，但仍徹低具有記錄大腦活動并控制機械手臂的能力，這也在一定程度上消除了對電極植入腦內時光過長導致信號讀取能力退化的憂慮。在此基礎上，匹茲堡大學的研究人員12月報告說，一位高位截癱的53歲女性在腦部植入兩塊電極后，經過數周的練習，已能輕巧操控機械臂把物體移送到目標位置，包括喂自己吃巧克力，其動作越發(fā)流暢和天然，勝利率達到91.6％。這也是目前所有癱瘓病人用腦機接口技術所完成的最棒的一次展示，對他們而言，能夠不假他人之手而自立完成吃飯、喝水等日?；顒?，無疑是生命中的一次跨越。6歐核中央發(fā)現與“上帝粒子”高度吻合的新粒子它被認為是30年來最偉大科學發(fā)現之一。歲末十強，大型強子對撞機已連年入選。人們回憶其數年成就：秒殺其他所有加速器的量級，再頻繁刷新自己的紀錄，畢竟是撞出個黑洞還是模擬出個宇宙，已慢慢麻木，只依稀記得項目負責人年復一年舊話重提：我們離“上帝粒子”只差一步。行外人不敢妄斷這“一步”行的有多艱巨，但于今年7月4日的發(fā)布會上希格斯老爺子的熱淚中，或可窺一二。當日，歐核中央（CERN）宣布發(fā)現了一種新粒子，其特性與所謂的“上帝粒子”，即希格斯玻色子的理論描述保持了高度一致（信號決定水平5西格瑪左右，99.98%）。CERN主任評論：這是人們“理解天然的一個里程碑”。官方發(fā)布的口徑很保守，稱分析仍在舉行，尚具不決定性，需更多數據來佐證。因為希格斯玻色子無法直接觀測到，只能通過觀測到某種粒子衰變之后產生的光子等其他粒子，反推這些光子會不會是大型強子對撞機中粒子碰撞產生的希格斯玻色子衰變出來的。7月末，CERN稱“上帝粒子”被找到的可信度增大。更為殘破的分析結果將決定性水平提高到了臨近6西格瑪，確切率達到99.997%。如此為新粒子就是希格斯玻色子提供了更強有力的支撐。盡管如此，直到12月中旬，科學家們認為新粒子為“上帝粒子”的身份依然存在那么一絲疑慮。一句話：“我們需要更多的時光去分析。”在鋪天蓋地的科普、解讀后，大家已知道，即使決定它就是“上帝粒子”無疑，你我一覺醒來的明天也不會有任何改變，至多你可以說：“我總算知道自己為什么這么重了！”又或者，向著一個因質量之源被填充而分外完美的世界，致以敬意。7第一種艾滋病預防藥物在美上市作為人類歷史上首個艾滋病預防藥物，美國食品和藥物管理局（FDA）于今年7月16日批準“特魯瓦達”（Truvada）上市，以協(xié)助高危人群預防艾滋病病毒（HIV）感染。結果顯示，一方感染艾滋病病毒，一方健康的異性戀朋友服用“特魯瓦達”后，感染病毒的幾率能降低75%?！疤佤斖哌_”屬于抗逆轉錄病毒藥物，可通過抑制病毒逆轉錄酶，降低人體內的病毒水平，在保持身體健康的同時降低病毒傳揚風險。其實早在2004年，“特魯瓦達”曾由企業(yè)推向市場用于治療艾滋病病毒感染者，可以說，其早已經成為對抗艾滋病的有力武器。但在經過一系列突破性的實驗后，科學家發(fā)現使用該藥物的未感染人群，其患上艾滋病的概率大大降低。于是FDA首次批準一種艾滋病病毒預防藥物上市，使具有感染艾滋病高風險的健康人也可以使用“特魯瓦達”，這不僅是“抗艾”30年以來的里程碑事件，同時也讓這一含有兩種抗病毒成分的藥物，成為健康人群中預防艾滋病的有效主意。在艾滋病研究領域，預防藥物的臨床實驗境地異常難堪，“特魯瓦達”也一路處于廣泛的爭議聲中。直到該藥上市，質責聲仍頻發(fā)：其是否同時導致了無保護性行為的增強？該藥物的效果可能是不穩(wěn)定的，安全套等傳統(tǒng)“防艾”措施則穩(wěn)定有效，那么人們是在用一種不穩(wěn)定的主意來替代穩(wěn)定的主意？8美國頁巖氣開辟牽動世界能源變局這是一場正在美國上演的能源供養(yǎng)方式的變革——頁巖氣將取代煤炭而成為僅次于石油的美國第二大能源資源，頁巖氣產量的增強也拉低了能源價格。此次“頁巖氣革命”，正刮著“新繁榮”的春風，激活著美國工業(yè)復興的舊模式。這又不僅僅是發(fā)生在美國的能源變革——隨著美國的頁巖氣勝利開辟，極有可能成為全球頁巖油氣開辟的“引擎”，驅動能源產業(yè)浮上一場革命，進而對全球地緣政治格局產生重要影響?！绊搸r氣革命”正以美國為中央波及全球，從歐洲到南美、亞洲，從發(fā)達國家到新興市場，均漸入其中。此次頁巖氣能源革命帶來的第一個重大信號浮上在今年8月：美能源情報署稱該國將陸續(xù)關閉大量燃煤機組，目標是徹底停止美國的煤炭發(fā)電業(yè)。而之所以作此挑選，無非因為當前天然氣價格實在太便宜了——正是頁巖氣的蓬勃開采，令天然氣價格跌至10年來的低點。業(yè)內人士將其比喻成一場“天然氣屠殺”，來形容對囫圇石油和天然氣行業(yè)造成的沖擊，天然氣的低價格也意味著越來越便宜的電力價格，燃料成本占到發(fā)電總成本的40%。10年前，美國對頁巖氣的開采可說是微不足道。甚至到2000年，頁巖氣產量不過占全美天然氣供養(yǎng)量的2%。但在今年，這一比例驟然提升為37%。預測顯示，僅再有3年美國就將超越俄羅斯成為全球最大天然氣生產國。盡管說，當前頁巖氣開辟尚不能徹低掙脫環(huán)境污染隱憂、與人爭水等難題，但外媒評論認為，對于向來尋求能源自立的美國來說，一場實實在在的“能源革命”已成定局，并將帶領著能源市場徹底洗牌。9DNA成為已知存儲密度最高的介質談到信息存儲，硬盤徹低不能和DNA（脫氧核糖核酸）相提并論。理論上而言，DNA的每個核苷酸可以編碼兩個比特，1克單鏈DNA的存儲容量大約相當于1000億張DVD光盤。人們很早就覬覦我們自身的基因代碼存儲數據的潛力，但如何將信息編碼寫進DNA再解讀出來，向來是個難題。8月，哈佛大學研究人員舉行了迄今為止使用DNA遺傳物質儲存數據量最大的一次實驗。利用DNA的4個堿基舉行編碼，他們勝利將一本遺傳學課本的所有內容寫進了一小段DNA序列，確切來說，是將53400個單詞、11張圖片和一個Java程序共計527萬比特的數據存儲在了不到1皮克（1皮克=1萬億分之一克）的DNA中。利用測序儀對DNA測序，就是將數據讀取出來的過程，結果顯示，這個存儲系統(tǒng)的底層讀取錯誤率為每百萬比特惟獨兩個錯誤。這項最新突破有可能徹底革新我們存儲數據的能力。DNA存儲的優(yōu)勢在于：體積小，一個堿基惟獨幾個原子大小，以此為基礎舉行數據存儲，整體的體積將大大率先于傳統(tǒng)硬盤；密度大，一個DNA片段就含有無數個堿基；穩(wěn)定性強，相比于其他需要低溫、真空保存的存儲介質，DNA可以在不苛刻的條件下保存數千年。不過，你最好別急著將閃存上的數據復制到基因存儲上，受操作成本、速度（此次花了大約幾天時光）和測序儀大小的制約，將DNA作為一種通用的數據存儲介質目前還不切實際。但這一領域正在迅速發(fā)展