2020年度物理学十大突破揭晓

“物理世界”（物理世界） 年度网站十大科研突破由网站五位编辑从2020年发布的数百篇研究中选出。

除了被《物理世界》报道2020年入选文章必须符合以下标准：

在知识或科学理解方面取得重大进展；进展和实际应用有重要影响； 《物理世界》读者的兴趣程度。

以下是《物理世界》评选的2020年十大科研突破名单，排名不分先后。

1 量子测量过程快照

锶离子在电场中捕获，离子测量仅持续百万分之一秒< /p>

瑞典斯德哥尔摩大学的 Markus Hennrich 和其他人，以及德国锡根大学、西班牙巴斯克地区和塞维利亚的研究人员使用了一系列“弱”测量值（2011 年获得）。 《物理世界》科学研究突破奖）探索量子力学中叠加态坍缩的本质。虽然测量操作通常会导致量子系统成为某种经典状态，但 Heinrich 等人的工作。已经表明某些测量不会破坏所有量子信息。该团队在以单个锶离子为对象的实验中拍摄了一系列“快照”。结果表明，测量并没有立即将量子叠加态转变为经典态，而是逐渐进行的。原则上，弱测量过程可以在不破坏量子态的情况下检测这些态的错误，因此这项工作可能有助于提高量子计算机的纠错能力。

2 发现巨大镜体的量子关联

余浩存和麻省理工学院的李·麦卡勒（Lee McCuller）和成员LIGO（激光干涉引力波天文台）科学合作团队证明，量子尺度相关性可以在重达数十公斤的宏观物体上留下痕迹。他们研究了 LIGO 干涉仪发射的激光束与其镜体（每个镜体重达 40 公斤）之间的微妙相互作用。研究人员观察到镜体由于辐射噪声而移动，这是海森堡测不准原理的结果。当他们使用激光的压缩真空状态时，他们证明了量子噪声会降到标准量子极限以下，从而证明了激光束与镜体之间的量子相关性。这项研究可以提高LIGO、Virgo（室女座干涉仪）和未来天文台的引力波观测能力。

3 Borexino 在核聚变循环中检测到太阳中微子 - 在氧循环（CNO 循环）中检测到中微子。该团队首先努力将 Borexino 探测器的背景辐射影响降至最低。 Borexino探测器位于意大利格兰萨索山深处，由278吨极纯液体闪烁体组成。这一观察证实了 80 年前首次提出的恒星核合成理论，也可以启发物理学家使用下一代中微子探测器来解决太阳的“金属丰度之谜”——一个关于恒星内部碳的问题。 , 氮氧丰度问题。

4 首次发现铁电向列液晶

科罗拉多大学博尔德分校的诺埃尔·克拉克以及该大学和犹他大学的同事发现了铁电向列相在液晶中。早在100多年前，人们就预言了铁电向列液晶的存在，今年终于得到证实。在这个阶段，液晶的一个特定团块或区域内的所有分子都指向大致相同的方向——这种现象是极性的顺序，早在1910年代，彼得·德拜和马克斯·波恩（Max Born）就提出了相关假说.克拉克等人。发现当他们对一种叫做 RM734 的有机分子施加弱电场时，含有液晶的细胞边缘会出现一系列明亮的颜色。事实证明，铁电向列型RM734比传统的向列型液晶对电场敏感得多。虽然我们还需要进一步证明在室温下可以表现出这种现象的物质，但铁电向列物质无疑可以用于从新的显示屏到重建的计算机内存的各个领域。

5个薄膜钙钛矿探测器大大降低成像剂量

钙钛矿薄膜X射线探测器的灵敏度是传统硅的100%探测器。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的聂万义等人利用薄膜钙钛矿研制了一种极其灵敏的X射线探测器。研究人员在这种薄膜钙钛矿探测器中使用了同步加速器光束线，发现在高能 X 射线方面，钙钛矿材料的 X 射线吸收系数平均比硅高 10 到 40 倍。他们还证明，这种新型固态 X 射线探测器的灵敏度比传统硅探测器高 100 倍，并且可以用非常低的辐射剂量生成医学图像和牙科图像，也就是说，可以使用的 X 射线探测器要少得多.射线生成与现在相同质量的图像，这使得患者的 X 射线扫描和成像过程更加安全。聂万义还指出，建造大规模此类探测器阵列的成本，应该远低于同样尺寸的半导体探测器阵列。

6 声速受到基本常数的限制

伦敦玛丽女王大学、剑桥大学巴托梅乌蒙塞拉特大学的科斯佳特拉琴科（Kostya Trachenko）和俄罗斯科学院的克里斯·皮卡德和瓦迪姆·布拉日金通过计算证明声音在固体和液体物质中传播 速度的上限只与两个无量纲量有关，即精细结构常数和质子与电子的质量比.本课题组的理论预测得到两个方面的支持。一个是固体材料声速的一系列实验数据。第二个是金属氢-金属氢中声速的计算在实验室中还没有创建，但是声速在这种材料中的传播速度应该是最快的。这一结果对我们研究基本常数对物理性质施加限制的方式颇具启发意义。

文章来源：《中国医学物理学杂志》 网址: http://www.zgyxwlxzz.cn/zonghexinwen/2021/0807/627.html