原始雙縫實驗藝術(shù)圖。圖片來源：英國《自然》雜志網(wǎng)站

這一實驗原本涉及光通過空間中的一對“狹縫”的衍射，但新研究表明，使用雙縫在時間上實現(xiàn)等效效果是可能的。倫敦帝國理工學(xué)院研究團(tuán)隊在實驗中用到了氧化銦錫薄膜，在飛秒這樣超快的時間尺度上，這種材料的反射率會被激光改變，為光創(chuàng)造出“狹縫”。研究人員通過快速連續(xù)兩次打開和關(guān)閉半導(dǎo)體鏡的反射率并沿著從鏡反射的光的頻譜記錄干涉條紋，實現(xiàn)了這一目標(biāo)。他們的實驗發(fā)現(xiàn)，干擾發(fā)生在不同頻率的波之間，而不是不同的空間位置之間。

這項成果未來或有多種應(yīng)用，例如用于信號處理和通信或光計算的光開關(guān)。

04

國際團(tuán)隊公布引力波背景輻射劃時代發(fā)現(xiàn)

如果將引力波背景比喻成古老而神秘的歌聲，那么“合唱團(tuán)”每天都在以不同的頻率演出?，F(xiàn)在，通過對脈沖星的監(jiān)測，科學(xué)家終于聽到了歌聲，換句話說，拿到了引力波背景的第一個證據(jù)。

經(jīng)過15年的數(shù)據(jù)收集，今年6月，科學(xué)家們第一次“聆聽”到了在宇宙中蕩漾著的引力波永恒合唱，聲音比預(yù)期要大得多。這是針對引力波背景的劃時代重大發(fā)現(xiàn)。

一對超大質(zhì)量黑洞（左上）發(fā)射出引力波，在時空結(jié)構(gòu)中蕩漾（藝術(shù)想象圖）。圖片來源：北美納赫茲引力波天文臺

引力波背景輻射是由許多不同的引力波源疊加而成的，它們的頻率和強度都不相同，但都很低，它們應(yīng)該存在于我們周圍，并可能會告訴我們它恒久隱藏著的重要信息。但遺憾的是，關(guān)于其存在和組成，一直只是理論化的產(chǎn)物。

6月發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》上的一系列新論文中，科學(xué)家報告了他們的成果。此次探測到的引力波背景最可能的來源是陷入“死亡螺旋”的一對超大質(zhì)量黑洞。這些黑洞龐大到能達(dá)到數(shù)十億個太陽質(zhì)量。由于幾乎所有星系，包括銀河系中心都盤踞著這樣一個黑洞怪物。因此當(dāng)兩個星系合并時，它們的超大質(zhì)量黑洞會相遇并開始相互繞轉(zhuǎn)。一旦兩個黑洞足夠接近，就有可能被脈沖星計時陣列觀測到。

北美納赫茲引力波天文臺團(tuán)隊表示，目前他們還只能測量整體引力波背景，而不能測量單個“歌手”或“樂器”的輻射。即便如此，也足以令整個天文物理學(xué)界驚喜，因為“引力波背景的聲音大約是預(yù)期的兩倍”。美國耶魯大學(xué)助理教授明加雷利稱，這是人們能從超大質(zhì)量黑洞中創(chuàng)建的模型的上限。

05

單原子X射線信號首次探到

讓材料檢測方式發(fā)生歷史性突破，并不是僅僅依靠設(shè)備升級就可以，科學(xué)家們需要從原子水平進(jìn)行革新。

6月，來自美國俄亥俄大學(xué)、阿貢國家實驗室、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等的科學(xué)家，首次拍攝到了單原子X射線信號，這一突破性的成就有望徹底改變?nèi)藗儥z測材料的方法。

單原子X射線首次探到的實驗示意圖。圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

因為單個原子產(chǎn)生的X射線信號極其微弱，傳統(tǒng)探測器的靈敏度不足以檢測到它。為解決這個問題，該團(tuán)隊在傳統(tǒng)的X射線探測器上添加了一個鋒利的金屬尖端，該探測器放置在待研究樣品上方僅1納米處。當(dāng)銳利的尖端在樣品表面移動時，電子穿過尖端和樣品之間的空間產(chǎn)生電流，這本質(zhì)上檢測到每個元素獨特的“指紋”，從而使該研究人員將掃描隧道顯微鏡的超高空間分辨率與強X射線照明提供的化學(xué)靈敏度結(jié)合了起來。

06

人類Y染色體組裝與分析完成

這是第一個真正完整的人類Y染色體序列，也是最后一個被完全測序的人類染色體。

《自然》雜志8月發(fā)表的兩篇論文公布了人類Y染色體的組裝和分析。這項全球100多名科學(xué)家參與的研究，填補了當(dāng)前Y染色體參考的諸多空白，帶來了對不同人群演化和變異的見解。