01 量子物理中复数不可或缺

薛定谔方程中的虚数单位i预示了其解也可以是复值的。（注：在经典物理学中，人们只用实数就可以写出所有定律；有时引入复数只是为了计算方便。）量子力学中的复数仅仅作为一个方便的计算工具被主观引入，还是它是量子力学本身不可排除的一部分呢？量子理论是否能够仅用实数描述呢？确实有一些物理学家曾经相信基于实数的量子力学可以与现在通行的复数描述给出同样的结果；然而在今年年初，两个独立小组（注：中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波团队和南方科技大学范靖云团队）基于贝尔不等式类型的三方实验表明并非如此。分析表明，复数对于描述此类实验是必不可少的，这意味着实数不足以描述我们通常理解的量子世界。

02 激光聚变点火

美国国家点火装置实现期待已久的里程碑。今年早些时候，该团队实现了点火，这是一种自我维持的燃烧状态，在这种状态下，局部自热主导了外部加热和对环境的能量损失。上周，研究人员宣布他们已经迈出了下一步：演示了激光诱导的核聚变反应，产生的能量超过了它所消耗的能量。虽然实用的激光核聚变反应堆仍然需要几十年的时间，但这些结果表明，激光核聚变的进展速度与计算机发展的速度相似。

03 物理学的多样性

今年Physics杂志推出了新的播客：《这就是物理》。第一集报道了LGBTQ+物理学家所面临的困难。最近的研究表明，LGBTQ+物理学家经常被回避或骚扰，而这些被排斥的经历会极大地影响他们的职业生涯。受访的LGBTQ+科学家们分享了他们的个人斗争以及他们的积极经历。他们还强调，改善物理学界的氛围可以通过展示支持来完成，比如尊重代名词、提供性别中立的浴室、以及准备好为受到不公平对待的人提供帮助。

04 观察到银河系的黑洞

5月，科学家公布了有史以来第二张黑洞图像。这项任务并非易事，因为它涉及到从不同的望远镜拍摄的快照中恢复完整的图像，而这些快照却会因为人马座A*周围气体的运动而模糊损坏。为了解决这些问题，研究小组开发了一些算法，可以从成千上万的重建图像中挑选出最佳拟合观测数据的图像。

05 关于希格斯玻色子的更多内容

希格斯玻色子被发现十年后，没有任何关于希格斯玻色子的信息违背了标准模型。但粒子物理学家认为，研究希格斯粒子比以往任何时候都更重要。了解希格斯粒子如何与自身以及与其他粒子相互作用，或者找到其他类似希格斯的粒子，可以帮助物理学家破译暗物质的性质，或者解释物质对反物质的支配地位。

大型强子对撞机的第三次运行于7月开始，将使可用于分析的希格斯粒子数量翻倍。共同发现希格斯粒子的CMS协作组发言人Luca Malgeri说：「我们正在真正进入精确希格斯物理学的时代。」

06 两个空间科学里程碑

7月12日，美国宇航局与世界分享了詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄的第一批图像，这是发射到太空的最大的望远镜。整整三个月后，他们证实了一个行星防御工具的首次演示，其中涉及到将航天器撞向一颗小行星，并完成了它的目的：改变小行星的轨道。虽然这两项任务的启示仍在发掘之中，但这一年很可能会作为空间研究的分水岭而载入史册。

07 解读蛋白质折叠

在过去的几年里，机器学习模型AlphaFold在从其组成的氨基酸序列预测三维蛋白质结构方面取得了显著的成功。今年，研究人员表明，AlphaFold还可以揭示支配折叠过程的基本物理原理。任何给定的氨基酸序列都可以以大量的方式折叠，而AlphaFold可以从所有候选配置中挑选出可行的方式。研究发现，在这样做的过程中，AlphaFold「学习」了物理原理，例如所谓的蛋白质折叠的能量潜力。

这一发现表明，机器学习可以发现关于复杂的生物分子过程的信息，而这些信息无法从第一原理中得出。

08 引力质量=惯性质量

夏末，卫星实验MICROSCOPE报告说，它以迄今为止最高的精度验证了等效原理。根据这一原则，引力质量和惯性质量是完全等价的，发现两者之间的差异可以揭示出与暗物质和暗能量等神秘事物有关的超越标准模型的物理学。自伽利略时代以来进行的实验以越来越高的灵敏度证实了这个原理。不受影响地球上的测试的干扰，MICROSCOPE打破了所有的灵敏度记录。通过比较两个由不同材料制成的圆柱体的下落速度，它表明，如果引力质量和惯性质量有差异，那也不到10的15次方（千万亿）。

09 汞之谜被破解

当研究人员开发出一种能够从第一原理预测金属行为的理论描述时，汞(Mercury)——有史以来第一个被发现的超导体，揭开了它最后剩下的一些秘密。

超导性的发现是在1911年，当时物理学家Heike Kamerlingh Onnes将汞冷却到大约4K。虽然汞的超导性后来被认为是普遍的，但没有任何微观理论能够准确描述它。通过考虑与汞的超导性有关的微妙和经常被忽视的效应，研究人员做到了这一点。所获得的见解可能有助于在接近常温常压的条件下设计和搜寻常规超导体材料。

10 更清晰的量子听觉

一种快速测量量子力学纠缠光子对的新技术导致了一种量子光学麦克风的演示，它比经典的麦克风更胜一筹。在演示中，研究小组将一系列以低音量说话的单词编码成由纠缠光子携带的光信号，然后检测并转换为声音记录。听众在这些「量子录音」中识别的单词比用同等的经典技术记录的单词更准确。

研究人员说，他们的演示显示了他们的方法在测量快速、噪声信号方面的潜力，例如那些由生物细胞中的单分子运动产生的信号。

参考链接：

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

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

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

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

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

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

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

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

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