12月20日，美國物理學會（APS）旗下的Physics網站公佈瞭2022年的國際物理學領域的十項重大進展（「Highlights of the Year」），回顧瞭今年國際范圍內取得的代表性科研成果。中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等和南方科技大學范靖雲等完成的實數量子力學檢驗系列實驗也被APS納入其中。

01 量子物理中復數不可或缺

薛定諤方程中的虛數單位i預示瞭其解也可以是復值的。（註：在經典物理學中，人們隻用實數就可以寫出所有定律；有時引入復數隻是為瞭計算方便。）量子力學中的復數僅僅作為一個方便的計算工具被主觀引入，還是它是量子力學本身不可排除的一部分呢？量子理論是否能夠僅用實數描述呢？確實有一些物理學傢曾經相信基於實數的量子力學可以與現在通行的復數描述給出同樣的結果；然而在今年年初，兩個獨立小組（註：中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、朱曉波團隊和南方科技大學范靖雲團隊）基於貝爾不等式類型的三方實驗表明並非如此。分析表明，復數對於描述此類實驗是必不可少的，這意味著實數不足以描述我們通常理解的量子世界。

02 激光聚變點火

美國國傢點火裝置實現期待已久的裡程碑。今年早些時候，該團隊實現瞭點火，這是一種自我維持的燃燒狀態，在這種狀態下，局部自熱主導瞭外部加熱和對環境的能量損失。上周，研究人員宣佈他們已經邁出瞭下一步：演示瞭激光誘導的核聚變反應，產生的能量超過瞭它所消耗的能量。雖然實用的激光核聚變反應堆仍然需要幾十年的時間，但這些結果表明，激光核聚變的進展速度與計算機發展的速度相似。

03 物理學的多樣性

今年Physics雜志推出瞭新的播客：《這就是物理》。第一集報道瞭LGBTQ+物理學傢所面臨的困難。最近的研究表明，LGBTQ+物理學傢經常被回避或騷擾，而這些被排斥的經歷會極大地影響他們的職業生涯。受訪的LGBTQ+科學傢們分享瞭他們的個人鬥爭以及他們的積極經歷。他們還強調，改善物理學界的氛圍可以通過展示支持來完成，比如尊重代名詞、提供性別中立的浴室、以及準備好為受到不公平對待的人提供幫助。

04 觀察到銀河系的黑洞

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5月，科學傢公佈瞭有史以來第二張黑洞圖像。這項任務並非易事，因為它涉及到從不同的望遠鏡拍攝的快照中恢復完整的圖像，而這些快照卻會因為人馬座A*周圍氣體的運動而模糊損壞。為瞭解決這些問題，研究小組開發瞭一些算法，可以從成千上萬的重建圖像中挑選出最佳擬合觀測數據的圖像。

05 關於希格斯玻色子的更多內容

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希格斯玻色子被發現十年後，沒有任何關於希格斯玻色子的信息違背瞭標準模型。但粒子物理學傢認為，研究希格斯粒子比以往任何時候都更重要。瞭解希格斯粒子如何與自身以及與其他粒子相互作用，或者找到其他類似希格斯的粒子，可以幫助物理學傢破譯暗物質的性質，或者解釋物質對反物質的支配地位。

大型強子對撞機的第三次運行於7月開始，將使可用於分析的希格斯粒子數量翻倍。共同發現希格斯粒子的CMS協作組發言人Luca Malgeri說：「我們正在真正進入精確希格斯物理學的時代。」

06 兩個空間科學裡程碑

7月12日，美國宇航局與世界分享瞭詹姆斯-韋伯太空望遠鏡拍攝的第一批圖像，這是發射到太空的最大的望遠鏡。整整三個月後，他們證實瞭一個行星防禦工具的首次演示，其中涉及到將航天器撞向一顆小行星，並完成瞭它的目的：改變小行星的軌道。雖然這兩項任務的啟示仍在發掘之中，但這一年很可能會作為空間研究的分水嶺而載入史冊。

07 解讀蛋白質折疊

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在過去的幾年裡，機器學習模型AlphaFold在從其組成的氨基酸序列預測三維蛋白質結構方面取得瞭顯著的成功。今年，研究人員表明，AlphaFold還可以揭示支配折疊過程的基本物理原理。任何給定的氨基酸序列都可以以大量的方式折疊，而AlphaFold可以從所有候選配置中挑選出可行的方式。研究發現，在這樣做的過程中，AlphaFold「學習」瞭物理原理，例如所謂的蛋白質折疊的能量潛力。

這一發現表明，機器學習可以發現關於復雜的生物分子過程的信息，而這些信息無法從第一原理中得出。

08 引力質量=慣性質量

夏末，衛星實驗MICROSCOPE報告說，它以迄今為止最高的精度驗證瞭等效原理。根據這一原則，引力質量和慣性質量是完全等價的，發現兩者之間的差異可以揭示出與暗物質和暗能量等神秘事物有關的超越標準模型的物理學。自伽利略時代以來進行的實驗以越來越高的靈敏度證實瞭這個原理。不受影響地球上的測試的幹擾，MICROSCOPE打破瞭所有的靈敏度記錄。通過比較兩個由不同材料制成的圓柱體的下落速度，它表明，如果引力質量和慣性質量有差異，那也不到10的15次方（千萬億）。

09 汞之謎被破解

當研究人員開發出一種能夠從第一原理預測金屬行為的理論描述時，汞(Mercury)——有史以來第一個被發現的超導體，揭開瞭它最後剩下的一些秘密。

超導性的發現是在1911年，當時物理學傢Heike Kamerlingh Onnes將汞冷卻到大約4K。雖然汞的超導性後來被認為是普遍的，但沒有任何微觀理論能夠準確描述它。通過考慮與汞的超導性有關的微妙和經常被忽視的效應，研究人員做到瞭這一點。所獲得的見解可能有助於在接近常溫常壓的條件下設計和搜尋常規超導體材料。

10 更清晰的量子聽覺

一種快速測量量子力學糾纏光子對的新技術導致瞭一種量子光學麥克風的演示，它比經典的麥克風更勝一籌。在演示中，研究小組將一系列以低音量說話的單詞編碼成由糾纏光子攜帶的光信號，然後檢測並轉換為聲音記錄。聽眾在這些「量子錄音」中識別的單詞比用同等的經典技術記錄的單詞更準確。

研究人員說，他們的演示顯示瞭他們的方法在測量快速、噪聲信號方面的潛力，例如那些由生物細胞中的單分子運動產生的信號。

參考鏈接：

[1] http://physics.aps.org/articles/v15/197

[2] http://news.ustc.edu.cn/info/1055/80843.htm

[3] http://physics.aps.org/articles/v15/67

[4] http://physics.aps.org/articles/v15/195

[5] http://physics.aps.org/articles/v15/104

[6] http://physics.aps.org/articles/v15/183

[7]http://mp.weixin.qq.com/s/49G2JTB3EuxEKE40i2lRhA

[8]http://mp.weixin.qq.com/s/nbtErhAVmxfQV9UhWB4oHA

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