2019年10大科學(xué)突破 刷新認(rèn)知同時(shí)影響生活

　　科技改變生活。這一年，各國科學(xué)家又讓科學(xué)的腳步再次向前邁進(jìn)。棉花種子在月球發(fā)出第一株嫩芽，室溫下氣態(tài)二氧化碳首次轉(zhuǎn)化為碳電池，最輕中微子的質(zhì)量被算出，3D打印出會(huì)呼吸的人體器官……盡管這其中的具體原理有些高深莫測(cè)、晦澀難懂，但不得不說，它們刷新了我們的認(rèn)知，而這些發(fā)現(xiàn)，也正在或終將切切實(shí)實(shí)地影響我們的生活。

　　歲末之際，我們回望并梳理了一年來的科技大事件，以此紀(jì)念不平凡的2019。

　　1

　　棉花種子在月球上發(fā)芽

　　棉花種子成為人類在月球上種植出的第一株植物嫩芽。1月15日，重慶大學(xué)舉辦嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷新聞發(fā)布會(huì)，對(duì)外正式公布這一消息。

　　“這是人類首次在月球上開展生物試驗(yàn)。”重慶大學(xué)副校長、科普載荷項(xiàng)目總指揮劉漢龍介紹。

　　由重慶大學(xué)牽頭的嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷內(nèi)搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅6種生物，均放置于密封的生物科普試驗(yàn)載荷罐內(nèi)。生物科普試驗(yàn)載荷罐是一個(gè)高度密封的圓柱形抗壓容器，由高性能鋁合金制成并進(jìn)行了防腐處理。“罐子”直徑173毫米、高198.3毫米，由結(jié)構(gòu)模塊、熱控模塊、控制模塊等組成，載荷內(nèi)除搭載6種生物外，還有18毫升水，以及土壤、空氣、熱控和兩個(gè)記錄生物生長狀態(tài)的相機(jī)。

　　載荷罐在登陸月球后第一天——1月3日23時(shí)18分加電開機(jī)，開始進(jìn)入生物月面生長發(fā)育模式。1月12日20時(shí)，隨嫦娥四號(hào)登陸月球背面的生物科普試驗(yàn)載荷罐傳回最后一張?jiān)囼?yàn)照片，顯示罐內(nèi)生長出的棉花種子嫩芽長勢(shì)良好。

　　2

　　室溫下二氧化碳?xì)怏w變電池

　　2月，英國《自然·通訊》雜志發(fā)表了一項(xiàng)化學(xué)最新突破，科學(xué)家首次在室溫下將氣態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為固體碳材料，并用于能量儲(chǔ)存。該方法將為去除大氣中的二氧化碳作貢獻(xiàn)，成為可行的“負(fù)碳排放”技術(shù)。

　　眾所周知，“負(fù)碳排放”技術(shù)對(duì)于維持未來氣候的穩(wěn)定至關(guān)重要。雖然目前很多研究都專注于將二氧化碳還原成高附加值產(chǎn)品，如化學(xué)原料和燃料，但這些方法無法實(shí)現(xiàn)永久性碳捕捉。

　　此次研究人員研發(fā)了一種液態(tài)金屬電催化劑。這一液態(tài)金屬催化劑基于無毒鎵合金，能防止結(jié)焦，即固碳吸附于催化劑表面，降低催化劑的活性。研究團(tuán)隊(duì)隨后將收集得到的固體產(chǎn)物制成超級(jí)電容，該超級(jí)電容器未來有望成為輕量級(jí)電池材料。

　　研究人員指出，此前的碳納米材料制備方法通常需要幾百攝氏度的高溫，而他們研發(fā)的技術(shù)可以幫助降低二氧化碳轉(zhuǎn)化的高能耗需求�？茖W(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究對(duì)于去除大氣中的二氧化碳具有重要應(yīng)用價(jià)值。

　　3

　　第三種五夸克粒子被發(fā)現(xiàn)

　　4月，歐核中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)LHCb團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了第三種五夸克粒子。新結(jié)果有望進(jìn)一步揭示夸克理論的諸多奧秘。

　　此前，五夸克態(tài)物質(zhì)的存在只停留在理論階段，2015年，LHCb宣布發(fā)現(xiàn)首個(gè)五夸克粒子。如今，該團(tuán)隊(duì)在對(duì)該粒子進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)它已一分為二。原來，最初的五夸克實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的五夸克(被稱為第一種和第二種五夸克粒子)，它們質(zhì)量相近，宛若一個(gè)粒子。

　　夸克理論是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的關(guān)鍵組成部分。該理論認(rèn)為，存在上、下、粲、奇、底和頂6種夸克，它們都擁有自己的反物質(zhì)。

　　夸克和反夸克結(jié)合會(huì)形成“強(qiáng)子”。強(qiáng)子分兩類：由3個(gè)夸克構(gòu)成的“重子”(包括質(zhì)子和中子)和由夸克、反夸克組成的“介子”。

　　科學(xué)家也提出了其他更奇特的夸克組合，比如，由兩個(gè)夸克和兩個(gè)反夸克組成的四夸克粒子，以及由4個(gè)夸克和1個(gè)反夸克組成的五夸克粒子。那么，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的3種五夸克是5個(gè)夸克均勻混合，還是由一個(gè)重子和一個(gè)介子黏在一起形成的松散“分子”?團(tuán)隊(duì)目前傾向于后者。

　　4

　　超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新

　　5月，超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新一事，再次吸引了世人的目光。

　　超導(dǎo)材料能無損耗傳輸電能，但其應(yīng)用卻因超導(dǎo)態(tài)嚴(yán)苛的低溫要求而受限。因此，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)成為科學(xué)家的重要目標(biāo)，如今他們離這一目標(biāo)越來越近。在《自然》雜志上，美德兩國科學(xué)家組成的研究小組發(fā)表論文稱，他們實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高壓下的氫化鑭在250K(K代表絕對(duì)溫標(biāo)開爾文，250K大約為-23℃)時(shí)具有超導(dǎo)性。

　　據(jù)報(bào)道，研究人員使用一種被稱為金剛石壓腔的設(shè)備，利用兩顆金剛石擠壓一小塊兒鑭樣品，使其在170吉帕的高壓下轉(zhuǎn)化為氫化鑭化合物——LaH10，然后用X射線探測(cè)其結(jié)構(gòu)和成分。研究人員觀察到LaH10具有零電阻、在外加磁場(chǎng)作用下臨界溫度會(huì)降低、同位素效應(yīng)(臨界溫度依賴于同位素質(zhì)量的現(xiàn)象)這3個(gè)超導(dǎo)材料特征，但因樣本量太小而無法對(duì)超導(dǎo)材料的另一個(gè)重要特征——邁斯納效應(yīng)(一種超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的排斥現(xiàn)象)進(jìn)行觀測(cè)。他們表示，其所觀察到的3個(gè)特征已可以證明，在250K的溫度下，氫化鑭在超過100萬倍地球大氣壓下會(huì)變成超導(dǎo)物質(zhì)。

　　250K，是目前人類高溫超導(dǎo)的最新紀(jì)錄，比此前的最高臨界溫度增加了50K左右。

　　5

　　3D打印會(huì)“呼吸”的人造器官

　　5月，《科學(xué)》雜志封面報(bào)道了美國萊斯大學(xué)與華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的一項(xiàng)具有里程碑意義的研究成果。該團(tuán)隊(duì)克服了3D打印器官的一大障礙，創(chuàng)造出一個(gè)由水凝膠3D打印而成的肺氣囊模型。該模型具有與人體血管和氣管結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠像肺部一樣朝周圍的血管輸送氧氣，完成“呼吸”過程。而只有打印的組織能像健康組織一樣“呼吸”，且構(gòu)建出可與其他組織交互的管路系統(tǒng)，它們?cè)诠δ苌喜艜?huì)更接近健康組織。

　　研究人員表示，在制造具有功能的組織替代品時(shí)，面臨的一大攔路虎就是無法打印那些為組織輸送營養(yǎng)的血管。為了解決這一問題，這支團(tuán)隊(duì)使用了一種全新的3D打印技術(shù)。首先，在電腦設(shè)計(jì)過程中，將復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)分解為多層二維打印的藍(lán)圖;其次，使用一種液體的水凝膠溶液按藍(lán)圖進(jìn)行打印，并通過特殊的藍(lán)光進(jìn)行逐層固化。經(jīng)過一層一層的堆積，就形成了一個(gè)三維的凝膠結(jié)構(gòu)。在測(cè)試中，研究人員欣喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅細(xì)胞從這一系統(tǒng)打印出的“血管”中流過時(shí)，能夠有效從呼吸的“肺部”獲取氧氣，這與肺泡附近的氧氣交換如出一轍。