粒子物理学巨型对撞机之梦克服压力向室温超导迈进

2020-01-01 20:08:23

未来一年的科学世界一定将精彩纷呈。

美国国家航空航天局(NASA)的2020火星探测器将配备可拆卸的无人直升机;来年，这颗红色星球的探索任务可不止这一项。图片来源：NASA/JPL-Caltech

进军火星

2020年，人类就确要进军火星啦，包括三架着陆器在内的几艘航天器即将驶向那颗红色星球。美国宇航局将发射2020火星探测器，该探测器将收集火星岩石样本，以备在未来的任务中将其送回地球。此外，该探测器还将配备一架小型可拆卸的无人直升机。中国将发射第一架着陆器“火星一号”，“火星一号”将配备一部小型漫游车。如果能够顺利解决着陆伞问题，俄罗斯的航天器将把欧洲航天局(ESA)的火星车送上火星。阿拉伯联合酋长国则计划发射一枚轨道飞行器，这是阿拉伯国家开展的首次火星任务。

除了火星，有关近地天体的探索活动也将继续进行。中国计划启动“嫦娥5号”月球样本返回任务;日本“隼鸟2号”计划将龙宫小行星的样本送回地球;而NASA的OSIRIS-REx(源光谱释义资源安全风化层辨认探测器)将在小行星贝努(Bennu)上完成样本采集。

大星空，大数据

继2019年成功拍摄到 M87 星系中心的超大质量黑洞而引起媒体轰动之后，事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)协作项目计划发布新结果——关于银河系中心的黑洞。这次或许不止一张图片，甚至可能还有一段视频，主要拍摄人马座A *周围旋涡状的气体。

2020年晚些时候，欧洲航天局的盖亚(Gaia)项目将更新其银河系3D地图，该地图显著改变了科学家对银河系结构和演化的理解。引力波天文学家在2019年观察到了宇宙碰撞造成的时空涟漪，2020年他们将进一步揭开宇宙碰撞的宝藏，不仅包括许多黑洞并合，还包括以前看不到的黑洞和恒星的碰撞。

粒子物理学的巨型对撞机之梦

欧洲核子研究中心(CERN)希望今年能够为未来建造大型对撞机筹集到资金。瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室将于5月在布达佩斯召开理事会特别会议，届时将决定实验室“欧洲粒子物理学战略”的新计划。CERN的提案包括未来对撞机的各种选择。实验室希望建造一台100公里的机器，其功率可达大型强子对撞机(LHC)的6倍，建设成本高达210亿欧元(234亿美元)。

美国芝加哥附近的费米国家加速器实验室将公布人们期待已久的Muon g-2实验结果，该实验旨在精确测定μ子(一种比电子重的粒子)在磁场中的行为。物理学家希望通过极其微小的异常现象找到以前未知的基本粒子。

合成酵母

合成生物学家重建酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的大型项目将于2020年完成。研究人员过去已成功地在许多简单的生物中完成遗传密码替代，如丝状支原体，但是要在酵母细胞中完成这项工作具有更大的挑战性，因为它们十分复杂。“合成酵母2.0”(Synthetic Yeast 2.0)项目由4大洲的15个实验室合作展开。研究小组已经利用合成版本，替换了酿酒酵母16条染色体上的DNA。他们还试着对基因组进行重组和编辑——或删除某些片段——以了解酿酒酵母如何演化以及如何应对突变。研究人员希望经过基因工程改造的酵母细胞能够带来更高效灵活的方式，来制造更多产品，比如生物燃料和药物等。

气候保卫战成效初检

2020年8月，联合国环境规划署(UNEP)将发布地球工程科学技术方面的重要报告，讨论如何应对气候变化。具体措施包括将二氧化碳从大气中抽出以及阻挡阳光。同样在2020年，国际海底管理局(International Seabed Authority)将公布众盼已久的法规，允许海底开采。科学家对此感到忧心忡忡——我们并不清楚这种做法会对海洋生态系统造成怎样的危害，因而可能进一步给目前已经堪忧的自然环境带来灾难性的伤害。

2020年11月，我们将迎来真正的气候大事件，届时COP26气候会议(《巴黎协定》的关键时刻)将在英国格拉斯哥拉开帷幕。根据2015年的《巴黎协定》，各国必须提出减少温室气体排放的新目标，以帮助使全球气温上升幅度不超过2°C，但是大多数国家在兑现承诺方面都有所迟滞。《巴黎协定》自身的未来也仍悬而未决：预计美国将在会议上正式退出《巴黎协定》。

美国大选终将尘埃落定

美国大选结果将在2020年11月公布，选举结果可能会对科学，尤其是气候科学产生重大影响。一旦连任，特朗普或将继续推翻其前任的气候政策，并且确保美国在大选后的第二天正式退出《巴黎协定》。民主党如果想要阻挠这些举措，必须成功竞选总统或在国会两院中取得多数席位。众议院的所有435个席位和参议院100个席位中的35个都在激烈竞争中。

蚊子反击战

在印度尼西亚日惹市，一项意义深远的实验即将迎来终点，实验测试的是一项有望阻止登革热传播的新技术。研究人员将携带沃尔巴克氏菌(Wolbachia bacteria)的蚊子放入自然界，让沃尔巴克氏菌在野生蚊子种群中传播，这种细菌能够抑制可能引起登革热的蚊媒病毒——基孔肯雅病毒和寨卡病毒——复制。在印度尼西亚、越南和巴西进行的小规模测试都表现出良好的前景。

同样前景可观的还有一种疟疾疫苗，疫苗试验将在赤道几内亚的比科岛进行。世界卫生组织希望在2020年消除昏睡病，又称非洲锥虫病，它是一个公共卫生问题。这种臭名昭著的疾病是通过采采蝇(Glossina spp。)传播的。

克服压力，向室温超导迈进

物理学家希望能够创造出一种在室温下无电阻的导电材料——这种超导材料目前只能在数百万千帕的压力环境下工作。2018年的“超氢化镧”打破了此前超导性的所有温度记录，研究人员希望再接再厉，合成能在53°C实现超导的超氢化钇。

电池新纪元

很多公司都计划开始销售钙钛矿基太阳能电池。钙钛矿相比传统太阳能电池板中使用的硅晶体更便宜，也更容易生产，因此极富前景。当与“串联”电池中的硅联合使用时，钙钛矿有望产出市场上最高效的太阳能电池板。

能源行业可能在7月东京奥运会期间取得另一个里程碑，预计丰田汽车届时将推出首款由“固态”锂离子电池驱动的原型车。这种电池使用固态材料代替了传统用以将电池内部电极分开的液体，从而增加电池的储能。固态电解质电池虽然更持久，但充电速度往往较慢。