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物理学中这一年

2024-12-18 15:30阅读：

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物理学中这一年
物理学家发现了奇怪的超固体、构建新种类的超导体并继续做出这个宇宙比任何人怀疑的远更诡异的案例。
2024 IN REVIEW
物理学中这一年

视频：回顾今年物理学中三个最大的故事，包括暗能量可能正在减弱的证据、一种超固体的发现以及量子几何学中的新进展。Richard Borge for Quanta Magazine
By Natalie Wolchover
Senior Editor
December 17, 2024
2024年将被人们记为在乞求来理解这个宇宙的一个旗帜年还是只是一个普通年？这依靠是否来自今年春天的一个结果原来是真实的。
4月份，物理学家检测到一种提示神秘的空间本身的能量暗能量可能正在减弱的信号的暗示。“暗示”
是首选术语，因为在天空中的迹象不是相当足够强健到被叫“证据”更不要说“发现”的任何东西。天体物理学家用暗能量光谱仪（DESI）来映射空间和时间中数百万个在不同距离的星系并从这个映射他们推断了这个宇宙在它的历史上如何扩张了的。正如我们自1998年以来知道的，这个宇宙的扩张正在加速，被我们叫暗能量的驱动。但暗能量光谱仪的数据暗示加速率一直在下降。
如果暗能量是一种能被稀释的能量源，它将颠覆和加深物理学家的这个宇宙的基本法则的理解。诺贝尔奖得主、暗能量的发现者之一亚当·里斯告诉量子杂志，“如果真的，这将是25年来我们已经得到关于暗能量的本质第一条真正线索”。理论物理学家正忙于尝试来解释为什么暗能量可能变化，而暗能量光谱仪为未来几年一个更确定的评估记录更多数据。

物理学中这一年
Kouzou Sakai for Quanta Magazine
暗物质是死的，长寿的暗物质
在搜索这个宇宙的看不见的成分中，暗物质达到了一个令人沮丧的里程碑。（对暗能量和暗物质之间的差别模糊？阅读我们的来自5月份的《基本原理Fundamentals》）。狩猎被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）——长期以来被考虑为是在星系内外漂浮的非反射性物质的首选粒子重的惰性粒子——的假设暗物质粒子的实验人员击中一个极限。探测器已经变得如此灵敏以至于它们现在正在拾起来自太阳的中微子的辉光，这让它们对任何更微妙的信号盲目。斯坦福大学物理学家托罗（Natalia Toro）告诉我们，“如此这是种弱相互作用大质量粒子探测时代的终结”。
她和其他暗物质猎人已经转向齿轮并现在正在寻求新的暗物质候选特别的轻重量但丰富的以多种物种形式来的粒子。也是斯坦福大学物理学家菲利普·舒斯特说，“最常见的假设是这不知怎的是简单的。我们到底为什么要期待那个呢？”发声一个在专家们中日益的共同哀伤。
你最少怀疑暗物质是21世纪的托勒密本轮——一个长期相信但被卷和最终错误的这个宇宙的模型——天文学家发现了一个来认为它真的就在那里的新理由。这一一个叫MACS J0018.5的天体的发现已证明人们正在指它为新的子弹星团是如此迫人的。在最初的子弹星团中——长期被考虑为暗物质的存在证据的最说服力的片之一——我们看到两个巨大的星系团一起碰撞。碰撞的气体在坠落现场的中心明亮的辉光，但大部分物质已经直接扬帆通过，在两侧形成重的、扭曲光线的斑点。这就是暗物质粒子将如何行为的，因为它们不（或几乎不）相互作用。
MACS J0018.5是类似的，除了这个星系团正沿我们的视线合并。研究人员有效的把一个雷达枪对准它们并发现了它们的可见气体随它碰撞减慢了而大多数物质移动得更快，不被碰撞阻碍。
不用诉诸我们正在寻找的那种看不见的粒子这些合并的星团是难来解释的。
物理学中这一年

Kristina Armitage/Quanta Magazine
天文学中的发现
夜空把持着许多秘密。现代天文学的旗舰詹姆斯韦伯太空望远镜今年束射下几个更多的，特别是在它从这个宇宙的最初十亿年遥远天体中的观测。香蕉形星系、小红点、葡萄一样星团、大得惊人的年轻黑洞：天体物理学家们正陶醉在宇宙历史的形成时期的“美丽困惑”中。
韦伯望远镜还使一个这个宇宙的扩张率的精确新测量成为可能，加深一个被称为哈勃紧张的难题。与此同时，其他望远镜揭示了这个宇宙中最大的磁场、隐藏的有机分子和这个宇宙它自己的结块性。
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Ibrahim Rayintakath and RuiBraz for Quanta Magazine
实验室中的快乐日子
从最大的舞台移动到非常最小的舞台，在实验室中操纵原子、分子和晶体的物理学家也已经在发现的阵痛中度过了2024年，在他们的量子采石场上已经取得了惊人的精度和控制水平。因斯布鲁克的一个团队创造了一种叫超固体的长期预测的异域的物质状态，甚至成像了当它们搅拌一种否则坚硬的镝原子晶体时形成了的标志性“量子龙卷风”。天体物理学家怀疑这种超固相可能发生在叫脉冲星的难以置信密的、快速自旋的恒星内部。
与此同时，研究二维材料即原子的晶体片的凝聚态物理学家今年发现了三种新的超导性，同时也正在思考一种奇怪的物质量子相，其中浮现的粒子占有部分电荷围着晶体的边缘流动。目前还没有是否这些相技术上将证明是有用的，但这始终是梦想。
其他实验室做出了在编码和操纵原子阵列信息中进展。曾经是走近量子计算的失败者，这些所谓的中性原子量子计算机似乎已经突然的射到包前面。11月份，这个新月装置产生了一个里程碑式的成果，取得一个抗噪声或“容错”逻辑计算。
此外，几十年来，物理学家已经寻求来定下在钍中一个特殊核跃迁的能量，知道它服务为一种来探测束缚这个宇宙基本力的工具。今年，三个不同的小组最后成功的测量了这种“核时钟”过渡，他们计划监测这个来寻找这些基本力强度中的变化。
物理学中这一年

Senor Salme for Quanta Magazine
空时之下一个偷窥
理论物理学家已经做出了一个更抽象的进展。他们已经开发了一种新的几何语言预测粒子相互作用的结果。传统上，他们用按照量子规则描述这些相互作用为在空间和时间中演出的动态事件的方程。用这种新方法，答案似乎从在表面上的曲线集流的。这些突破性的洞察是来发现空间和时间本身的基本支撑的一个努力的部分——这是我们9月份发表的九部分特刊《空时的解开（The Unraveling of Space-Time）》的主题。
对另一个深入一个喜欢的深刻的主题，请查看我们的熵的多媒体探索（multimedia exploration of entropy），它检查这个量的演变的理解是如何已经重新框架科学的目的和我们在宇宙中的角色的目的。
物理学中这一年

Kouzou Sakai for Quanta Magazine
都惹恼起来
在X（以前称为推特）上与物理学相关的讨论是它们过去是的苍白的阴影，但当《科学美国人》报道了一项量子物理实验已经检测到“负时间”的证据时一则物理学新闻跟着引发了活生生的谍喋。到底这个假定了的来意味什么？真的有任何东西毕竟不用到时间吗？不完全是。在量子世界中，单词往往失败。
发生了的是多伦多大学的物理学家向铷原子云发射了光子。每个光子可能激发云中的一个原子，或者直接穿过不用相互作用或者两者兼而有之。这些量子可能性像两个波一样干扰了。然后，研究人员可以确定一些光子当它们被吸收和重新发射时比当它们没有被吸收和再发射时更快穿过了原子云，隐含着一个“负居住时间”，宛如为一个负的时间量这些光子激发了原子——但再次这些只是文字。一位参与其中的研究人员试图来在X上解释，“我们正在测量一个持续时间，而不是某些在它开始之前完成的事情” 。
在10月当2024年诺贝尔物理学奖授予人工智能的先驱时眉毛也上皱了——似乎在它的表面不相关到自然的法则的技术。其中一位获奖者、计算机科学家杰弗里·辛顿告诉《科学》杂志，“我惊呆了”。然而在20世纪80年代，他和另一位获奖者约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）将他们的基本人工神经网络紧密建模在统计物理学中的系统上。
一些统计物理学家鉴于他们对许多部分系统的行为上的模糊研究被关注是愉快的。德赛勒（Aurélien Decelle）告诉《科学》杂志，“对我们这是超棒的，这是在更广泛的层面上我们正在做的的非常要紧的认识” 。
https://www.quantamagazine.org/the-year-in-physics-20241217/

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