2011年度物理学进展

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欧洲核子研究组织观察到的中微子超光速现象，来源：欧洲核子研究组织

在最近几年的记忆中，没有那一年像2011年一样，有这么多令人瞠目结舌的物理新闻。从中微子可能超过光速，到显露踪迹的希格斯玻色子（Higgs boson），就是标准模型中最后一个未被发现的粒子，物理新闻抢走了今年的风头。这里选择了10条新闻，我们觉得是最令人吃惊的或有趣的，其中许多将继续成为2012年的头条新闻。

“超光速”中微子之谜符合狭义相对论

2011年10月，有一位物理学家说，机载GPS卫星时钟相对运动精确证明了超光速中微子效应，这是在欧洲核子研究组织（CERN）观察到的。

实验观察到，中微子从法国飞到意大利，这项实验称为OPERA，实验发现，日内瓦附近欧洲核子研究组织产生的这种粒子，到达意大利格兰萨莎实验室（Gran Sasso Laboratory），比光快了60纳秒。

这没有打破物理学，这种离奇的测量可能是我们第一次看到额外的维度。

自从2011年10月报道这一发现以来，已经有上百篇论文发表，进行讨论，有人认为，其中存在测算错误。

轻质量希格斯打开新物理学之门

大型强子对撞机（Large Hadron Collider）两个相互竞争的实验，看到了类似的迹象，就是标准模型中最后一个未找到的粒子，它的轻质量指向新的物理学。

费米实验室神秘信号揭示特殊色彩的力量

2011年四月，费米实验室（Fermilab）的万亿电子伏加速器对撞机（Tevatron collider）CDF实验报告说，看到新粒子的一种迹象，这可能是一种以前未知的自然力量。但在2011年6月，万亿电子伏加速器的对抗实验，就是DZero实验表示，没有看到这种信号的相应数据。2010年12月，CDF发言人罗勃•罗塞（Rob Roser）说，费米实验室的物理学家们仍在试图理解这种差异。“CDF有五个不同的小组，处理繁杂的分析工作，从不同的角度分析全部数据样本，”他说。“我们希望，在2012年年初有一个答案。”

最重元素加入元素周期表

这是官方消息：元素114和116已添加到周期表中，使化学家进一步接近传说中的稳定岛。做出这项成果的科学家来自国际理论化学和应用化学联盟（IUPAC：International Union of Pure and Applied Chemistry）以及国际理论物理学和应用物理学联盟（IUPAP：International Union of Pure and Applied Physics）。

真空撕裂 产生光子

很久以来就认为，真空并非完全没有能量，而是总有一些粒子生生灭灭，量子理论认为，真空并非严格的零能量，而是有微小波动的能量，这种能量表现为存在时间很短暂的粒子对。这就是虚粒子，或虚光子，也叫幽灵粒子，真空中充满了这种粒子，瑞典查尓姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）研究人员克里斯•威尔森（Chris Wilson），采用强激光，首次从真空中产生出真实的光子对。



为什么皮肤比玻璃是更好的镜头

光线穿过皮肤，可以集中显示更清晰的细节，胜过穿过清晰镜头。这项技术有朝一日可用于观察单个细胞，取代生物组织切片检查，提高手术精度。研究人员来自荷兰恩斯赫德（Enschede）特文特大学（Twente University）和韩国首尔大学。

宇宙论新突破：从虚无创造物质和反物质

只要具备合适的条件，就可从虚无创造出某些物质，这印证了中国古代的太极理论。
有一个超高强度的激光束和一个两英里长的粒子加速器，就可能从虚无创造出某些物质，这是密歇根大学（University of Michigan）的研究人员说的。科学家和工程师们已经推算出的新方程显示，高能电子束结合强激光脉冲会撕裂真空，生成基本的物质和反物质成分，并引发一连串的事件，生成额外的配对粒子和反粒子。



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第二个实验显示季节性暗物质信号

多年来，有一个孤独的团队一直坚持说，它观察到暗物质信号的季节变化，现在，另一个小组报道了类似的发现。

这项CoGeNT暗物质实验（CoGeNT Dark Matter Experiment）是直接搜索暗物质信号，利用暗物质粒子相互作用，所使用的低背景锗探测器是在明尼苏达州苏丹地下实验室（Soudan Underground Laboratory）。研究成果发表在2011年3月29日的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，题为《一些发现源自搜索轻质量暗物质采用p型点接触锗探测器》（Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector）。

地球周围发现反质子辐射带

宇宙射线中的质子、电子和氦原子核与地球上层大气中的原子核发生碰撞时，会产生反质子，



罗马第二大学（University of Rome Tor Vergata）的皮尔吉奥格尼•皮科扎（Piergiorgio Picozza）和他的同事们发射了一个航天器，称为帕梅拉（PAMELA），进入低地球轨道，专门寻找宇宙射线中的反质子。

范•艾伦辐射带是两个圆环状的区域，围绕着地球，在这些区域，带电粒子围绕地球磁场线盘旋。意大利巴里大学（University of Bari）的另一个研究小组的科学家阿莱森多•布鲁奴（Alessandro Bruno）说，地球的反质子辐射带有朝一日可以用于推动航天器，未来的火箭动力可以采用物质与反物质之间的反应，这种反应的效率比太阳核心的核聚变更高。他说，有数十亿倍多的反质子环绕着地球。

首款时间斗篷 隐藏历时事件



两个透镜之间的空间是一个时空隐形斗篷，它可以删除很短时间内发生的变化。

隐形斗篷是物理学家的新发现成果，能够以极端方式扭曲电磁场。这一想法，就是引导光线绕过一定体积的空间，因此，任何东西只要是在这一体积内，实质上就是不可见的。

这一效果激发了巨大的兴趣。第一个隐形斗篷只在微波频率有效，但在短短几年中，物理学家们就找到了一些方法，创造的隐形斗篷就可适用于可见光和海浪声。他们甚至设计错觉斗篷，可以使一个物体看起来像另一个。康奈尔大学莫蒂•弗里德曼首次设计和制造的斗篷，可以隐藏时间中的事件。

要制作时间斗篷，就要把两个时间透镜串联放置，然后发射一个光束穿过它们。第一个透镜在时间上压缩光，而第二个透镜再解除压缩。这就会留下一个空隙。在短时间内，会有一种时间空洞，在其中的任何事件都没有记录。

量子态在鸟的眼睛中可持续更长时间

在鸟类眼睛的后部，有一些光激发罗盘，可以使电子在微妙的量子态中持续更长时间，胜过最好的人工系统。牛津大学（University of Oxford）的埃里克•高吉尔（Erik Gauger）进行了这项研究。

迄今最大反物质魔瓶 创造反粒子激光

加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）物理学家詹姆斯•丹尼尔森（James Danielson），克利福•苏考（Clifford Surko）和克雷格•夏尔浩恩（Craig Schallhorn）建造迄今世界最大的反物质“魔瓶”，也就是反物质陷波器，可存储数万亿个以上的反粒子，进一步解开自然界的奥秘。