2019年10大科學(xué)突破 刷新認知同時影響生活

　　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。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打印出會呼吸的人體器官……盡管這其中的具體原理有些高深莫測、晦澀難懂，但不得不說，它們刷新了我們的認知，而這些發(fā)現(xiàn)，也正在或終將切切實實地影響我們的生活。

　　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。

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　　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)舉辦嫦娥四號生物科普試驗載荷新聞發(fā)布會，對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。”重慶大學(xué)副校長、科普載荷項目總指揮劉漢龍介紹。

　　由重慶大學(xué)牽頭的嫦娥四號生物科普試驗載荷內(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載荷罐內(nèi)。生物科普試驗載荷罐是一個高度密封的圓柱形抗壓容器，由高性能鋁合金制成并進行了防腐處理。“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、熱控和兩個記錄生物生長狀態(tài)的相機。

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

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　　室溫下二氧化碳氣體變電池

　　2月，英國《自然·通訊》雜志發(fā)表了一項化學(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，并用于能量儲存。該方法將為去除大氣中的二氧化碳作貢獻，成為可行的“負碳排放”技術(shù)。

　　眾所周知，“負碳排放”技術(shù)對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。研究團隊隨后將收集得到的固體產(chǎn)物制成超級電容，該超級電容器未來有望成為輕量級電池材料。

　　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)家認為，這項研究對于去除大氣中的二氧化碳具有重要應(yīng)用價值。

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　　第三種五夸克粒子被發(fā)現(xiàn)

　　4月，歐核中心大型強子對撞機(LHC)LHCb團隊發(fā)現(xiàn)了第三種五夸克粒子。新結(jié)果有望進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)首個五夸克粒子。如今，該團隊在對該粒子進行檢查時，發(fā)現(xiàn)它已一分為二。原來，最初的五夸克實際上是兩個獨立的五夸克(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)合會形成“強子”。強子分兩類：由3個夸克構(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，由兩個夸克和兩個反夸克組成的四夸克粒子，以及由4個夸克和1個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個夸克均勻混合，還是由一個重子和一個介子黏在一起形成的松散“分子”?團隊目前傾向于后者。

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　　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)嚴苛的低溫要求而受限。因此，實現(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，他們實驗證實，高壓下的氫化鑭在250K(K代表絕對溫標(biāo)開爾文，250K大約為-23℃)時具有超導(dǎo)性。

　　據(jù)報道，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、在外加磁場作用下臨界溫度會降低、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個超導(dǎo)材料特征，但因樣本量太小而無法對超導(dǎo)材料的另一個重要特征——邁斯納效應(yīng)(一種超導(dǎo)體對磁場的排斥現(xiàn)象)進行觀測。他們表示，其所觀察到的3個特征已可以證明，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。

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　　3D打印會“呼吸”的人造器官

　　5月，《科學(xué)》雜志封面報道了美國萊斯大學(xué)與華盛頓大學(xué)的研究團隊主導(dǎo)的一項具有里程碑意義的研究成果。該團隊克服了3D打印器官的一大障礙，創(chuàng)造出一個由水凝膠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)，它們在功能上才會更接近健康組織。

　　研究人員表示，在制造具有功能的組織替代品時，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，這支團隊使用了一種全新的3D打印技術(shù)。首先，在電腦設(shè)計過程中，將復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)分解為多層二維打印的藍圖;其次，使用一種液體的水凝膠溶液按藍圖進行打印，并通過特殊的藍光進行逐層固化。經(jīng)過一層一層的堆積，就形成了一個三維的凝膠結(jié)構(gòu)。在測試中，研究人員欣喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅細胞從這一系統(tǒng)打印出的“血管”中流過時，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。