電場捕獲的鍶離子。圖片來源：《物理世界》雜誌網站
新型薄膜鈣鈦礦X射線探測器的靈敏度是傳統矽探測器的100倍。
儘管新的王冠流行病在世界許多地方仍在肆虐，但這並沒有阻止科學家探索宇宙和自然的腳步。 2020年，許多重大技術突破將繼續出現，這將帶給我們驚喜，也將改變我們的生活。更好。
根據提高我們的知識或科學認識方面取得的重大進展，對科學進展和實際應用的重要影響，英國《物理世界》雜誌的編輯對今年發布在網站上的數百項研究結果進行了嚴格篩選，根據讀者的濃厚興趣，選擇了十個最重要的突破。
首次拍攝量子測量過程的快照
來自瑞典，德國，西班牙和其他國家的科學家使用一系列「弱」測量來探索量子力學中疊加態崩潰的性質。測量量子系統將導致其發生變化，從而迫使量子系統進入某種經典狀態，這是量子力學中奇怪但基本的方面之一。但是最新的研究表明，某些測量不會破壞所有的量子信息。
在以單個鍶離子為對象的實驗中，研究小組拍攝了一系列「快照」。結果表明，該測量不是瞬時的，而是逐漸將量子疊加態變為經典態。
原則上，「弱」測量過程可以檢測這些量子狀態中的錯誤而不會破壞它們，因此，這項工作可能有助於提高量子計算機的勘誤能力。
第一個室溫超導體可用
美國科學家觀察到高壓富氫材料在高達15攝氏度的溫度下具有超導性。
超導體可以零電阻導電，從核磁共振掃描儀中使用的高磁場磁體到粒子加速器已得到廣泛使用。但是，超導體必須在操作過程中冷卻到非常低的溫度，成本高，並且使用氦氣。因此，凝聚態物理學家一直期望開發出可以在室溫下工作的超導材料。
在最新的研究中，科學家製造的碳氫硫化氫材料將超導溫度的先前記錄提高了約35攝氏度。在室溫下首次觀察到超導性。但是，這需要高達260萬個大氣壓的高壓。相信改變材料的化學組成可以降低所需的壓力。
這些突破涵蓋了材料科學，量子力學，天文學，醫學，物理學等多個學科。這些突破的目的是擴大人類認知的範圍，使人類生活更健康，更好。
新型鈣鈦礦X射線探測器可用
美國科學家已經開發出一種使用薄膜鈣鈦礦的新型超靈敏X射線探測器。它的靈敏度比傳統的矽探測器高出幾個數量級，並且大大降低了輻射和成本。
研究人員在這種鈣鈦礦薄膜探測器中使用了同步加速器光束線，發現鈣鈦礦材料的X射線吸收係數平均比矽高10-40倍。這種新型的X射線檢測器比傳統的檢測器更靈敏。矽檢測器高出100倍，並且僅需非常低的輻射劑量即可生成醫學圖像和牙科圖像。也就是說，它可以用更少的X射線生成與今天相同質量的圖像。這對需要X射線掃描這對成像患者來說是個好消息。另外，構建大規模的這種探測器陣列的成本應該比相同尺寸的半導體探測器陣列的成本低得多。
在液晶中觀察到鐵電向列相
美國科學家首次在液晶中發現了鐵電向列相。在該階段，液晶的特定質量（域）中的所有分子都大致指向同一方向。早在1910年，美國物理化學家彼得·德拜（Peter Debye）和德國猶太理論物理學家馬克斯·伯恩（Max Born）提出了相關的假設，這些假設終於在100多年後得到了證實！
在最新的研究中，科學家發現，當對稱為RM734的有機分子施加弱電場時，含有液晶的細胞邊緣會出現一系列明亮的顏色。事實證明，與傳統的向列液晶不同，鐵電向列RM734對電場更敏感。
儘管科學家需要進一步發現在室溫下會出現這種現象的物質，但鐵電向列物質無疑可以在許多領域找到其功能，例如新的顯示屏和重建的計算機內存。
科學家為聲速設定了上限
英國和俄羅斯的科學家通過計算證明，固體和液體中聲音傳播速度的上限取決於兩個基本常數：精細結構常數和質子與電子的質量比。
他們使用大量不同的材料進行了實驗，並證實了聲波的速度隨著傳播介質中原子質量的增加而降低，並據此推測聲波的速度在固體氫中傳播最快，並通過計算，他們發現聲波與固體氫理論相近。傳播速度的極限值：36 km / s。
研究人員說：「了解固體中聲波的特性可以使許多學科受益。例如，地震學家可以利用地球深處地震引起的聲波來了解地震的性質和地球的組成。彈性（包括承受壓力的能力）是相關的，材料科學家也對此感興趣。」
新型太陽中微子被發現
義大利太陽中微子實驗（Borexino）合作小組檢測到了在太陽碳氮氧循環（CNO循環）中未見到CNO中微子之前的中微子。
Borexino檢測器由278噸極純液體閃爍器組成。研究人員做出了巨大的努力，以最大程度地減少來自Borexino檢測器的背景輻射的影響，然後做出了最新發現。這一發現證實了80年前科學家提出的恆星核合成理論，並且還可以激發物理學家使用下一代中微子探測器來解決太陽的「金屬豐度之謎」-有關碳的問題氮和氧豐度的未解之謎。
混合粒子束提高了粒子治療的準確性
由德國和英國科學家組成的科研團隊證明，混合粒子束可以同時進行癌症治療和治療後監測。
他們的基本思想是使用既包含碳離子又包含氦離子的粒子束。其中，碳離子可用於照射目標腫瘤。氦離子可以直接穿透患者的身體，可用於成像。
研究人員在海德堡離子束治療中心使用骨盆模型進行了實驗。結果證明了使用混合粒子束監測人體內部和局部解剖結構變化的潛力，這可以使粒子治療更加準確，並最終為癌症患者的治療帶來更好的結果。
將扭曲的電子設備應用於光子
由來自中國，美國和其他國家的科學家組成的國際團隊證明，在二維三氧化鉬的扭曲層中，光可以透射而不會發生色散和衍射，並且解析度比衍射高出一個數量級。限制。
他們的研究基於「魔角」石墨烯的發現，該石墨烯使用二維材料的扭曲層來改變光子（而非電子）的傳播特性。
他們指出，「扭曲電子」催生了一系列有關超導性和電子狀態的研究。新的「扭曲光子學」也有望用於納米成像，量子光學，量子計算和低能光信號處理中。 「展示你的技能。」
直接帶隙矽基光發射器研製成功
荷蘭和德國的科學家已經開發出一種直接帶隙矽基材料，該材料可發射可用於通信的光。
通常情況下，矽的電子帶隙是間接的，這意味著矽具有較弱的發光能力，必須與其他半導體材料結合才能製成有效的光電器件。
為了產生直接的帶隙，研究人員必須開發一種具有六方晶體結構（不常見的鑽石結構）的矽鍺合金晶體。
在最新研究中，科學家們開發了發射紅外線的合金納米線。研究人員說，這種新的矽基材料除了可用於光通信和光計算領域外，還可用於開發化學傳感器。
量子波「踢」了大鏡子
麻省理工學院的於浩存，與雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的科學合作小組成員一起，首次測量了量子漲落對人類尺度上物體的宏觀影響。
他們的研究報告指出，即使微小的量子波動很小，它仍然可以「踢」 LIGO中重達40公斤的鏡子，使物體移動得很小，他們測量的範圍超出了這一範圍。 -LIGO檢測器中的量子噪聲足以將大鏡子移動10-20米。這種位移是由量子力學預測的。對於這種大小的宏觀物體，科學家過去從未做到過。通過這種類型的測量。
這項研究可以改善LIGO，歐洲的「處女座」引力波幹涉儀以及未來的天文臺觀察引力波的能力。