内容概要：

　　1. 最后，正电子与一个大气分子的电子湮灭，产生一对伽马射线，每一个射线都有一个特征能量（即0.511兆电子伏特）。

　　2. SCANPYRAMIDS。

　　3. 当“粒子物理学”遇上“考古学”。

　　正如所有的科学故事一样，每一个伟大的谢幕都意味着新的开始。

　　2017年9月15日，土星探测器卡西尼号朝地球发出了最后一个信号，以高速冲向土星大气层，终结了自己的生命。NASA

　　今年，我们在科学上的不懈努力，取得了许多突破性的成就。但没有人因此而懈怠，因为每一次的成功都意味着有更多的谜题等待着我们去探索、发现、揭开。

　　在2017年即将迎来它的谢幕之前，我们一起来回顾一下今年科学中有哪些令人激动人心的时刻：

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　　幽灵般的粒子 

　　JEAN LACHAT/UNIVERSITY OF CHICAGO

　　作为基本粒子之一的中微子，有一个臭名昭著的特征：它们像幽灵一般，几乎不与物质发生反应！科学家为了捕捉它们的踪迹通常需要建造包含几万或数十万吨的探测材料的巨大探测器，才能增加中微子和物质间的反应几率。然而，今年八月，美国橡树岭国家实验室设计了一种可以随手携带，并且只有14.6公斤的小型中微子探测器，第一次捕捉到了43年前就被预测的一个反应：低能量的中微子与原子核内所有的核子发生散射。这个过程被称为“相干弹性中微子-原子核散射”。此次的发现不仅验证了物理学家Daniel Freedman在1974年的预言，也为便携式探测器开辟了道路。

　　扩展阅读：《幽灵粒子进入主线视野——中微子物理步入新时代》

　　2

　　当“粒子物理学”遇上“考古学” 

　　SCANPYRAMIDS

　　在探测中微子的道路上，科学家为了隔绝来自外太空的宇宙射线的干扰费尽心思。尽管宇宙射线在某些场合不受欢迎，但当科学家利用这些高能粒子来探索古埃及金字塔的时候，却有了令人意外的收获：科学家发现了胡夫金字塔内一直隐藏着一个巨大的中空结构！虽然我们还无法得知该结构的具体细节，但此次的发现本身就令人充满敬畏。试想一下，如果你是一名考古学家，走进这间4000多年都没有人踏足的神秘空间，定会感到不可思议吧！更重要的是，此次发现所采用的μ子成像技术在未来或许能够更好的被利用在全球各地的考古遗迹，特别是那些隐藏在深山老林或传统方式难以企及的遗迹。

　　扩展阅读：《法老都拦不住物理学家了，他们发现了吉萨大金字塔里隐藏的秘密》

　　3

　　雷电中的核聚变 

　　LEONID BABICH/NATURE

　　我们自以为对闪电已经足够的熟悉，但事实证明，我们仍有一些需要了解的事。日本京都大学的Teruaki Enoto和他的同事首次提供了强有力的证据表明，闪电可以导致大气中的放射性同位素的合成。Enoto和他的同事发现，雷暴能产生高能伽马射线，将中子从氮-14的原子核中击出，产生不稳定的氮-13同位素。同位素会衰变成一个中微子、一个正电子和一个稳定的碳-13原子核。最后，正电子与一个大气分子的电子湮灭，产生一对伽马射线，每一个射线都有一个特征能量（即0.511兆电子伏特）。此次的研究结果展示的是一种之前未知的地球大气中的同位素来源，包括碳-13、碳-14和氮-15，未来的研究还可能揭示更多，如氢、氦和铍的同位素。

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　　4

　　量子竞赛 

　　NANALYZE

　　量子计算机要在真正意义上影响我们的生活还有很长的路要走。但2017年却是量子计算里程碑的一年，世界各大实验室（比如谷歌、IBM等）不断地刷新这一领域的记录，竞相在研发第一台能够实现“量子霸权”的量子计算机。值得一提的是，我国也在这一领域也不落于人后：潘建伟团队制造出了第一台超越最早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机。而在量子通讯方面，科学家在不用传输任何粒子的情况下，实现了信息传递这一反事实量子通讯。令人欣喜的是，“墨子号”量子卫星成为了2017年的超新星，分别在量子纠缠分发、量子密匙分发和量子隐形传态领域做出了傲人成就。

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　　5

　　时间晶体 

　　PETER CROWTHER

　　2012年，诺贝尔物理学得主Frank Wilczek有了一个疯狂的想法：时间晶体！我们知道，物质在静止状态时保持不动，并且只有势能。而时间晶体最神奇的地方在于，当它处于“静止状态”或“基态”（也就是原子处于最低的能量状态）的时候也是在运动的。这怎么可能呢？其实，这其中的魔法就在于自然的一个基本对称性需要被打破，那就是时间对称性。一般晶体在时间这个维度上是连续分布的，也就是说在任何时刻观测它们都会看到同样的晶体，而时间晶体在不同的时间却有着不同的基态。许多物理学家都认为打破时间对称性是不可能的。然而，2016年8月，Norman Yao在arXiv上发表了一篇有关如何证明时间晶体存在的文章。很快，来自马里兰大学和哈佛大学的两个团队依照Norman Yao所描绘的基本蓝图试图制造时间晶体。结果是令人惊喜的，两个团队用不同的方法得到了相似的结果，从而印证了时间晶体是广泛存在的一种新的物质状态。发现时间晶体就像是发现新大陆，我们期待能够在它身上发掘更多关于自然界的秘密。当然，科学家认为时间晶体的一个更实际应用是量子计算机，它可以被用作量子储存器。