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wf2004

木虫 (正式写手)

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[交流] 2004年全球物理动态回顾

2004年已经走过我们一去不返，在过去的一年中可以说物理学家们沿着100年前爱因斯
坦的方向取得了众多成果的同时，也在低温物理和原子及其它方面有了一些突破。下面我
站转译自physicsweb的要闻提要：
1、纯粹的和应用的量子物理
2、对广义相对论的测试
3、行星的美好一年
4、氦超流体
5、超冷费米气体
6、物理学家研究病毒
7、自旋的电子
8、打破常规的液体
9、最小的原子钟
10、论文和奖项

1、纯粹的和应用的量子物理：
  2004年量子加密技术首次走向实用。4月21日从维也纳市政厅向奥地利信贷银行的转帐
活动中率先使用由单个光子组成的量子密钥以保证转帐的绝对安全。在现行的加密体系中
密钥从本质上说是一组由发收双方保有的保证传输的随机数字。而在本次传输中量子密钥
在银行中产生，激光中的光子被一块晶体转化成纠缠的光子对，每个光子对中的其中一个
光子被传输到市政厅另一个留在银行，通过检测光子的偏振，收发双方可以得到一致的“
0”、“1”序列作为密钥。这种密钥依靠的是量子力学而不是计算机算法。在2004年12月
维也纳实验与其它的几个组织一起分享了欧盟笛卡尔奖。
  在其它的一些地方量子物理学家们取得了一系列的研究突破，如首次实现五光量子纠
缠、原子传输和用碳-70探索量子世界和现实世界的边界。其中值得一提的是实现五光量子
纠缠的是我国青年科学家潘建伟，这一进展使得向实现量子计算机前进了一大步。

2、对广义相对论的测试：
  2004年1月澳大利亚和英国的射电天文学家宣布首次发现脉冲双星，脉冲星是密度超大
（超过地球物质密度几百万倍）高速旋转的中子星，但它们的直径据测只有几十千米。这
一发现允许物理学家们对爱因斯坦的广义相对论进行更严格的数值测试。
  四月美国重力探测器B的升空揭开了对爱因斯坦广义相对论两项预言“豪华”测试的幄
幕，该计划将耗资7亿美元，将在2006年得到初步的结果。
  然而在10月份意大利和美国的物理学家利用现有的卫星对框架拖曳效应给出了他们的
测算结果，据称数据与预言相吻合，精度达到了10%以内。

3、行星的好年景
  2004年是行星研究取得大量成果的一年，对于火星的两个漫步者“机遇号”和“挑战
号”来讲是繁忙的一年，它们降落在这颗红色的行星，而“火星快递”则在地球的近邻轨
道中盘旋。三个计划都发现了火星远古存在的水。
  机遇号发现火星表面有很多岩层同地球的沉积岩类似，认为曾经有液态水冲刷过它们
。挑战号发现曾经有水将Gusev坑中的火成岩改变，而火星快递则利用它的OMEGA设备，通
过分析火星表面太阳光反射光谱发现了火星地层中存在冰的证据。
  天文学家们还发现了“圣第纳”——太星系中至今为目发现的最远物体。在更远一些
的宇宙中天文学空们发现了一颗有地球10倍到20倍那样大的行星，这颗超级地球是目前发
现的约140颗太阳系外行星中最小的一颗。

4、氦超流体：
  美国宾西法尼亚州立大学的物理学家制造了一种新的超流体，他们将氦-4冷却到超低
温后，氦-4变成了流动起来毫无阻力的超流体，有意思的是它在变成超流体时还拥有固态
晶体的很多特性。液态氦-4在冷却到2K以下时，开始出现超流体特征，宾州实验的实验条
件为压力在26到66巴（bar）之间，氦-4变成超流体的温度为230毫开尔文。由于宾州实验
的发现，目前三种物态气体、液体、固体都被观察到了超流体现象。

5、超冷费米气体
  今年七月，在奥地利因斯布鲁克（innsbruck）物理学家们宣布，在他们观察超冷费米
子原子的“配对能隙”时，有强有力的数据表明，这些超冷费米气首次出现超流体象。在
20世纪50年代，对低温超导体中类似能隙的观察是对低温超导机制研究的一个里程碑。

  这个新结果与在芬兰经理论计算相符，它有助于我们理解高温超导和其它的一些体系
，如：中子星、原子核和夸克-胶子浆。费米子凝聚在今年1月被美国一个研究小组发现。

6、物理学家研究病毒
  在跨学科研究方面，物理学家们今年也取得了一系列成果，以前绝大多数物理学家们
的研究对象都是象中子、电子等没有生命的物体，但是今年看来许多物理学家们将他们的
注意力转移到有生命的物体上来。在美国有几个不同的小组利用现有的物理实验设备包括
场效应管、原子力显微镜和纳米机电系统和磁传感器等，可以观测单个病毒。
  而法国的一个小组则发明了一种纯电子方法来检测DNA，他们的方法是利用晶体管阵列
来测量DNA分子的本征电荷。

7、自旋的电子
  自旋霍尔效应，导致自旋向上和自旋向下电子分别在置于电场中的样本的对立面堆积
。这一现象在今年首次被发现。这一发现对于发明利用电子自旋而不是电荷大小的“自旋
电子学”器件非常有用。
  今年，物理学家们还综合了磁共振和原子力显微镜之力，首次得到了单个电子的自旋
图象。这幅图片被用于Physics News Update当封面。
  最后，这个领域中另一个重大发现是瑞典和瑞士的物理学家合作发明了一种利用遂道
扫描显微镜从金原子中放入和取出单个电子的方法，这一方法可能最终导致在每个原子中
存放一个比特的存贮器的出现。

8、打破常规的液体
  固体通常都是遇热熔化变成液体，液体变冷凝固，而今年九月份的时候法国科学家发
现了一种打破这种常规的物质，种由两种有机物组成的简单溶液在加热后凝固，冷却下来
后却重新熔化。这个小组认为，氢键可能是造成这种不同寻常的现象的主要原因。
  日本的物理学家发现，于以往人们的认识相背，在液体中可以有两种以上的状态共存
，他们认为这种液体各种状态之间的转换在任何液体中都存在。
  而另外一个日本小组发现，强磁场可以轻度地提高水的凝结点。这一结果非常出人意
料，因为水是反磁体，磁场本应不对它产生任何影响。而氢键再次被认为是导致这一现象
的主角。

9、最小的原子钟
  50年来原子钟一直是时间和频率测量的黄金基准，然而因为它们的复杂、笨重和昂贵
而使其应用受到了很大限制。而今美国物理学家制造了一种比晶振要稳定几个数量级而体
积只有原来原子钟百分之一的“桌上型原子钟”。这一进步使使用电池的移动设备如全球
定位系统的计时器达到原子水平成为可能。

10、论文和奖项
  2004年众多的物理学家在他们的论文中展示了与标准模型相吻合的结果，如在斯坦福
首次观测到在电子碰撞过程中的宇称破坏，这正是欲超越标准模型的新物理学所需要的。
稍后美国布克海文国家实验室又报出对μ介子异常磁矩的最精密测量数据，在日本科学家
们则出示了反中微子振荡的证据。
  而粒子物理协会则分离出了包含一个反夸克和四个夸个的奇异子，这种5-夸克粒子最
早见于2003年的报道。他们还计划用超导技术制造一个国际直线对撞机，而这一装置可能
要2010年以后才会建成。最后就是三名粒子物理学家因渐近自由理论分享了2004年的诺贝
尔物理学奖。

[ Last edited by imrking on 2005-12-6 at 13:31 ]

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