2022年科學(xué)將迎來這些：暗物質(zhì)、新物理學(xué)、引力波項目

據(jù)塔斯社莫斯科2021年12月26日報道，2022年，俄羅斯和外國科學(xué)家將向火星和月球派出數(shù)個任務(wù)、制造新的量子計算機(jī)、獲得最清晰的深空照片、研究探測器與彗星相撞的后果并重新探尋引力波、暗物質(zhì)以及“新物理學(xué)”。

塔斯社科學(xué)編輯部向您詳細(xì)介紹，在2022年，科學(xué)將迎來什么。

星球登陸

報道稱，無論對俄羅斯、還是對其他航天大國而言，從探索太空的角度出發(fā)，2022年都將是尤其引人注目的一年。俄羅斯2022年將啟動兩個科學(xué)探測任務(wù)，即“月球二十五號”探測器和俄歐“火星太空生物學(xué)”計劃的后半部分。

據(jù)報道，第一個任務(wù)由著陸模塊完成，探測器2022年7月從東方發(fā)射場進(jìn)入太空，隨后在月球南極附近的博古斯拉夫斯基隕石坑著陸。“月球二十五號”將搭載9臺科學(xué)儀器，這得以令俄科學(xué)家首次細(xì)致研究月球最古老的巖石。

作為“火星太空生物學(xué)”計劃的后半部分，俄羅斯“哥薩克”號登陸器和歐洲“羅莎琳德·富蘭克林”號火星車2022年9月將進(jìn)入太空，旨在探尋火星生命痕跡并評估火星宜居性。此次發(fā)射原定于2020年7月舉行，但因疫情影響和對任務(wù)缺乏十足把握而推遲。

2022年還有其他星球探測任務(wù)。2022年12月，美國的“極地資源冰礦實驗”(PRIME-1)探測器將登陸月球。這輛月球車將首次嘗試在另一個星球表面開采和利用資源。此外，印度“月船三號”探測器和日本“SLIM”探測器將前往地球的衛(wèi)星，后者將利用圖像識別系統(tǒng)登陸月球。

深空探測

報道指出，太空科學(xué)界另外兩個備受期待的事件與美國用于深空探測的雙小行星重定向測試(DART)和詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。DART是航天器，2021年11月底發(fā)射。

美國國家航空航天局(NASA)預(yù)計，2022年9月或10月，DART將撞擊“雙胞胎”小行星并嘗試改變其運(yùn)行方向。意大利LICIACube微型衛(wèi)星會在撞擊前幾天從DART中分離出來，天文學(xué)家計劃借助該微型衛(wèi)星監(jiān)測這起“太空事故”和撞擊后果。

據(jù)報道，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡則是NASA近幾十年來最昂貴和最受期待的項目。在美國國會多次阻撓并企圖“關(guān)閉”該項目后，這個NASA的“偉大天文臺”在圣誕節(jié)進(jìn)入了近地軌道上的太陽與地球引力平衡點(diǎn)。

2022年頭幾個月，在對巨型鏡面的所有檢查和調(diào)整完畢后，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡將成為人類使用的最強(qiáng)大的紅外望遠(yuǎn)鏡。NASA專家希望，詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡將能夠直接拍下第一張?zhí)栂低庑行堑恼掌?，并參與探尋太陽系邊緣的神秘“行星X”。

量子計算

報道稱，和宇宙最小粒子有關(guān)的科學(xué)成就同樣引人注目。2022年，莫斯科國立大學(xué)的物理學(xué)家計劃完成俄羅斯首臺量子計算機(jī)的研發(fā)。該計算機(jī)將使用30多個量子比特(最基本的計算單元)。

據(jù)報道，這臺量子計算機(jī)由數(shù)個能容納幾十到幾百個單個中性原子的光學(xué)捕捉器組成。這些粒子被冷卻至超低溫并轉(zhuǎn)化為一種狀態(tài)，即其中的一個電子強(qiáng)有力地遠(yuǎn)離原子核。這可簡化對這種量子物質(zhì)的操控，并使用它們進(jìn)行量子計算。

這臺量子計算機(jī)的主要部分2021年已制造并測試完畢，不過俄國家原子能公司量子技術(shù)項目辦公室主任魯斯蘭·尤努索夫指出，莫斯科國立大學(xué)的物理學(xué)家尚未做好操縱單個量子比特的操作系統(tǒng)。他表示，操作系統(tǒng)的研發(fā)工作將在近幾個月完成。

此外，2022年初，基于4個庫比特的俄羅斯首臺量子計算機(jī)將對外開放“云”訪問。尤努索夫表示，所有科學(xué)家、企業(yè)代表和IT專家均可使用這臺計算機(jī)測試自己的算法。

新物理學(xué)

報道指出，多個與研究自然基本力有關(guān)的最大型科學(xué)裝置重新啟動和投入使用，將是2022年物理學(xué)界最受期待的事件之一。大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)2022年2月將恢復(fù)運(yùn)行，該對撞機(jī)2018年底關(guān)閉，以便對系統(tǒng)進(jìn)行第二次重大升級。

在升級過程中，俄羅斯和外國參與者在對撞機(jī)環(huán)中安裝大量新的粒子探測器及其他儀器。物理學(xué)家希望，這將顯著增加粒子碰撞的頻率和能量，從而加快這種小概率事件的數(shù)據(jù)收集速度。這對于繼續(xù)在大型強(qiáng)子對撞機(jī)底夸克探測器(LHCb)上探尋“新物理學(xué)”的蹤跡至關(guān)重要，俄羅斯和外國物理學(xué)家2020年3月報告了有所發(fā)現(xiàn)的可能性。

俄羅斯的基于超導(dǎo)重離子加速器的離子對撞機(jī)裝置(NICA)2022年將參與研究這些宇宙奧秘，該對撞機(jī)的建造工作目前處于收尾階段。它是重離子加速器。重離子的碰撞將令科學(xué)家得以研究在宇宙大爆炸后的一瞬間宇宙中的原始物質(zhì)是如何形成的。

科學(xué)家預(yù)期，2022年3月，NICA的對撞機(jī)環(huán)中將出現(xiàn)第一次粒子試碰撞。NICA科學(xué)合作的參與者預(yù)計，倘若實驗成功，他們將在2023年初真正著手在這臺加速器上收集科學(xué)數(shù)據(jù)。

引力波項目

報道稱，2022年，激光干涉引力波天文臺(LIGO)將重新開始工作，這同樣是非常重要的科學(xué)項目，旨在研究宇宙的形成和演化過程。2020年3月，LIGO停止工作，此前新冠疫情開始在美國蔓延，隨后項目參與者啟動了該天文臺各組件的又一次更新周期。

科學(xué)家原計劃于2021年底重啟LIGO。2021年7月，由于新一輪疫情導(dǎo)致更新推遲，天文臺的重啟再推后一年?？茖W(xué)家預(yù)期，對LIGO輻射源、探測器、反射鏡及其他組件的改進(jìn)，將使物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)引力波(雙中子星合并產(chǎn)生的)的觀測距離增加數(shù)倍。

此外，物理學(xué)家2022年或在探尋暗物質(zhì)方面取得重大進(jìn)展。直到不久前，科學(xué)家還在努力尋找另一種暗物質(zhì)粒子，即“弱相互作用大質(zhì)量粒子”。然而，越來越多的失敗迫使物理學(xué)家研究這種神秘物質(zhì)的其他幾種形式。

例如，科學(xué)家近年來開始積極尋找所謂的軸子存在的跡象。軸子是一種假設(shè)的超輕暗物質(zhì)，在質(zhì)量和其他一些性質(zhì)上類似于中微子粒子。兩年前，在意大利格蘭薩索地下實驗室中建造的XENON-1T探測器上發(fā)現(xiàn)了第一個暗示軸子存在的跡象。而2021年2月，中國的PandaX-II實驗證實了這些觀測結(jié)果。

歐洲科學(xué)家最近推出改進(jìn)版XENON-nT，由于探測器中的超純液態(tài)氙氣質(zhì)量增加一倍，其靈敏度大幅提高。該探測器、美國LUX-ZEPLIN和中國PandaX-4T探測器2022年所收集的數(shù)據(jù)，或證實或推翻先前的關(guān)于軸子存在的證據(jù)。

此外，俄物理學(xué)家參與研發(fā)的“黑暗面-20k”探測器2022年也將在格蘭薩索開工建造。它是一個50噸重的桶，內(nèi)含超純液態(tài)氬氣，表面覆蓋大量光電倍增管。科學(xué)家希望，觀測這一結(jié)構(gòu)內(nèi)部碰撞產(chǎn)生的光電釋放，將使他們能夠捕捉到太陽內(nèi)部產(chǎn)生的軸子和暗物質(zhì)重粒子的痕跡，如果它們確實存在。

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