有时,结果之所以重要,并不一定因为它代表着事件的完结,物理学就是如此。物理学是自然科学中最为基础的学科之一,物理学家会提出试图表述大自然现象与规律的物理理论。而一个崭新研究结果的诞生,必将改变人类对世界的认识。
盘点2012年的物理学,无论是粒子研究的突破、材料研究的“跨界”还是描述宇宙黑洞的模样,都是物理学家在普通人“看不见的世界”中与科学研究的那些“纠缠”。
高能物理:揭开粒子世界的神秘面纱
2012年3月8日,大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳在北京宣布,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。物理学家测量出中微子以近乎光速的速度进行变幻莫测的相互转换过程中的最后一个参数。有物理学家评论说,这也许是中国实验物理学的最大成就。
2003年,中科院高能物理所科研人员提出了一个设想,利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子,来寻找中微子的第三种振荡。中科院院士、中国高能物理学会理事长赵光达表示,“如果这个数值足够大,我们就能进行下一代实验来测量中微子振荡中的宇称和电荷对称性破坏,以理解宇宙中物质—反物质不对称现象,即宇宙中"反物质消失之谜"。否则我们就不知道如何进行下一代实验”。
而研究结果表明,在未来的数十年里,中微子物理学将会像每一位物理学家所预想的那样,变得复杂起来。甚至对于解答类似“包含了如此多物质与如此少反物质的宇宙是如何演变的”这种问题,中微子都有可能提供帮助。
2012年12月20日,美国《科学》杂志公布了2012年全球科学领域获得的十大突破,中国科学家发现中微子第三种振荡榜上有名。《科学》指出,中微子实验国际合作组发现了中微子的第三种振荡,并测量到了它的振荡几率,这是全世界高能物理学家十几年来做梦都想精确测量的值。
这一重要成果对于最终揭开宇宙起源和演化之谜有着重大意义。这本全球著名的刊物还认为,如果物理学家无法发现超越希格斯玻色子的新粒子,那么中微子物理就可能会代表粒子物理学的未来。
另一个让全世界科学家为之兴奋的实验,就是探测到希格斯玻色子。
2012年7月4日,当欧洲核子研究组织宣布发现一种与“上帝粒子”一致的亚原子粒子时,希格斯表示“难以置信”。
“这是里程碑式的研究成果,新粒子的发现对探索微观世界是一个很大的进步。”中国科学院高能物理研究所研究员陈国明表示。
对于未来高能物理学的走势,中科院院士何祚庥在接受《中国科学报》采访时表示,高能物理学将逐步向真空进军。真空既属于粒子物理学,也属于高能物理学。所有量子场论的基态都是“真空”。所有“粒子”都是真空“场”的量子激发。目前,真空不“空”已经是当代物理学家们的共识,向真空进军将成为高能物理学的趋势和导向。
材料物理:金属和绝缘体的“跨界”
拓扑绝缘体是这几年凝聚态物理学兴起的热点领域,其中涉及许多重要的物理现象和物理机制,同时有着广阔的应用前景。比如,通过研究拓扑绝缘体中电子自旋的运动方式,就可以设法控制和识别电子的自旋。
拓扑绝缘体是一种具有奇异量子特性的新物质状态,为近年来物理学的重要科学热点及前沿之一。它完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”,它是一种内部绝缘、界面允许电荷移动的材料。
换句话说,拓扑绝缘体的体电子态是有能隙的绝缘体,而其表面则是无能隙的金属态。由于其特殊的物理性质,研究拓扑绝缘体对理解凝聚态物质和基本物理,都有着重要意义。
拓扑绝缘体的概念是由华人科学家祁晓亮和张守晟提出的,而关于拓扑绝缘体的研究,不少中国科学家和华人科学家更是站在了世界最前沿,相信他们的研究会为许多物理学基本问题的深入认识带来更多机会。
2012年3月,上海交大物理系贾金锋、钱冬研究组
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