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盘点丨2021国际十大科技新闻解读

时间:2022-01-13 11:13:25 | 作者:爱科技网 | 点击: 167 次

  转自 科技日报

  记者 张梦然

  近日,由科技日报社主办、部分两院院士和媒体人士共同评选出的2021年国际十大科技新闻揭晓。

  入选的2021年国际十大科技新闻分别是:脑机接口能将脑中“笔迹”转为字句;迄今最精确测量结果揭示缪子行为异常;宏观物体量子纠缠证据确凿;天问一号探测器成功登陆火星;LHC揭秘宇宙诞生瞬间的“第一种物质”;CRISPR基因编辑对人类疗效首次证明;猪肾首次成功植入人体;可对抗新冠病毒变异的特效药不断出现;首个可自我繁殖活体机器人问世;AI能“构想”新蛋白质结构。

  2021,新冠疫情盘桓不去,百年变局叠加其上。我们每一个人都在蹒跚前行,也比以往,更加需要光。

  这光,是科学。

  这一年,疫情并未阻拦科学之光。你看得懂的脑机接口、火星登陆,难以理解的缪子测量、量子纠缠,以及因抗击新冠而频出成果的抗病毒新药、CRISPR疗法、蛋白质预测……

  我们坚信,有光在,希望就在。

  01

  脑机接口能将脑中“笔迹”转为字句

  这是一个“躺平”的实验者。

  他四肢完全不动,“纯靠”想象自己脑海里有一只手在写字,然后就真的写出来了。这一场景在一个概念验证型研究中已经出现。

盘点丨2021国际十大科技新闻解读

脑机接口新技术示意图。图片来源:《自然》杂志/Erika Woodrum

  包括美国斯坦福大学科学家在内的联合团队今年宣布,结合人工智能成功开发出全新系统,利用大脑运动皮层的神经活动解码“手写”笔迹,并使用递归神经网络解码方法将笔迹实时翻译成文本,以比此前任何时候都要快很多的速度将患者“手写”的想法转换为电脑屏幕上的文本。

  让失去行动或说话能力的人恢复与外界的交流,其实是脑机接口技术的重要功能与目标。这个领域的一个主要研究方向是恢复大运动功能,比如拿握或抓取。然而,高度精细的动作,比如手写或盲打,虽然能加快交流速度,但此前的交流只能通过2D计算机光标进行点选式打字来实现,速度一直局限在每分钟最多40个字符左右。但此次联合团队在研究中发现,一位颈部以下瘫痪的研究对象在使用一种新的“手写脑机接口”时,写字速度能达到每分钟90个字符,准确率为94.1%,表明了“手写脑机接口”能准确解码瘫痪多年患者的快速、精细动作。

  02

  迄今最精确测量结果揭示缪子行为异常

  即使看不懂这一成果的内容,我们也要知道:这是物理学界的一件大事。

  在美国费米实验室进行的缪子反常磁矩实验显示,缪子的行为与标准模型理论预测不相符。上海交通大学缪子物理团队参与的美国费米实验室缪子反常磁矩实验(Muon g-2)首批结果4月份公布,以前所未有的测量精度,为新物理的存在提供了强有力证据。

盘点丨2021国际十大科技新闻解读

美国费米实验室缪子反常磁矩实验使用了这种存储环磁铁。图片来源:《自然》网站

  缪子的“体重”比它的近亲电子重200倍,在宇宙射线穿透地球大气层时自然产生,此外,费米实验室里的质子加速器也可以大量制造缪子。在最新实验中,研究人员将费米实验室的粒子加速器产生的缪子束流送入一个直径为15米的超导磁铁存储环内,强大的磁铁使缪子保持在圆形轨道上,利用放在环内侧的探测器,可以精确测量缪子的进动频率,从而获得了迄今最精确g-因子值,且与布鲁克海文实验室得出的测量值相吻合。

  这两个实验结果结合起来,显示缪子行为与标准模型之间不匹配的置信度为4.2倍标准方差,仅比5倍标准方差(科学家宣布发现的最终标准)略小,这是一个非常有力的证据。

  而“这两个实验结果携手,为新物理的存在提供了强有力的证据,预示着世界上可能存在新的未知粒子或作用力。”

  03

  宏观物体量子纠缠证据确凿

  如果说量子力学有什么令人讨厌之处,那第一绝对是太难懂,第二则是“摸不着”。

  人们会认为,量子这一领域很大程度上如同“想象”的学科,在现实中几乎不可能看到。