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高能微中子源自我們自己的星系
封面圖片來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/Fil ... ay Be a Neutrino Factory (19057084225).jpg高能宇宙射線長期以來被懷疑與緻密銀河面的物質作用,幾乎可以肯定為銀河系微中子的來源。
Physics Today 專文
邁向更快速更安全的質子治療
封面圖片來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proton beam therapy (1).jpg大部分以質子摧毀腫瘤的設備都極沒效率,但也許它們不必如此。對抗癌症的戰役中,全球醫界正對質子下愈來愈大的賭注。在全世界僅有的100多個質子治療的設備裡,有超過一半是2016年或之後開始運作的,目前它們每年治療約50000個病人,累積總數約300000人。這些治療非常昂貴,一個新的設備光是建造就要花費超過2億美元,還不包括維護、操作、以及醫師時間的成本。由於價格昂貴,許多批評者對質子治療的擁護者施予壓力,要求以結果來證明價格的合理性(例如,參閱 Physics Today,2015年10月號第8頁)。不過對於一些應用,像是治療眼睛腫瘤(如圖1所示),質子治療已經證明明顯優於其它治療的優勢,對其他人而言,將它的潛力發揮仍然是件正在進行的工作。
Physics Today 專文
奇異鐵晶體帶來地心之旅
封面圖片來源:https://hackmd.io/ uploads/BJMaFLyia.jpg實驗室實驗正幫助研究人員更接近解開固態內核的一些謎團。沒有人曾經見過地核,像是圖1中的藝術家印象,幸好僅限於想像的範圍。任何有關地球深處內部結構的理解都來自間接的觀測,例如從地球一側傳播至另一側的地震波之速度與軌跡。從這樣的地震測量,研究人員數十年前推斷液態鐵外核包覆著內核,其被壓縮成固體形式,儘管熱到足以熔化。
Physics Today 專文
奈米列印低溫玻璃
今日,大多數玻璃的製造方式仍與古代相似。在製程中,大量二氧化矽顆粒被加熱至約1100°C(的黏著樹脂狀態),然後壓實以形成塊狀固體材料。這種方法不僅耗費能源,還讓製造者無法在各種光電系統中使用玻璃:因為其他先進電子元件中所需的化合物熔點較低。這張顯微影像展示了製造溫度比傳統玻璃製程低500°C的新型拋物面玻璃透鏡。這些光學等級的透鏡直徑僅幾十微米。它們的可能應用包括將光線精確地聚焦到相機感光元件的單個像素上。
Physics Today 專文
小型湖泊使地球冰層陷入危機
封面圖片出自:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ross Ice Shelf, Antarctica on Earth.jpg融水 (Meltwater)湖泊是威脅格陵蘭與南極冰層的眾多因素之一地球的極地和其他地方不同,白晝和黑夜的週期不是24小時,而是整整一年。每個極地每年只會出現一次日出和一次日落。如此兩極化的一年包含了漫長的冬季和強烈的夏季,足以融化部分但不是全部的降雪。這種週期造就了地球的冰層。
Physics Today 專文
海洋光學點亮水中藻類
大西洋馬尾藻帶和世界各地的大量海藻深深影響著當地的生態系統與環境。
結合傳統研究方法,衛星影像將協助科學家更加深入了解它們。
Physics Today 專文
NMR光譜學的光學類比
透過用可調式(tunable)雷射糾纏轉動、振動與電子態,研究人員獲得比以往更多的分子與其特性的資訊。
Physics Today 專文
幾經挫敗後,ITER計畫仍勢不可擋
維修工作可能將耗時兩年,但計畫官員認為可以和組裝同步進行。規範問題仍懸而未決。ITER 這個國際計畫目標建造一個巨型托卡馬(tokamak,另譯環磁機)來實現燃燒式核融合電漿。該計畫在去年發現有缺陷的元件之前,已經遭遇多年的延宕和成本增加。但計畫官員表示,他們可能要等到2024 年底才能針對時程延遲和成本增加的情況提出估計。ITER 發言人Laban Coblentz 表示,一些內部估計顯示ITER 投入運行的日期可能會比2016 年提出的時程所預估的2025 年再延遲35 個月。他說,內部也討論過較短的延遲時間估計,但「這些都不是官方或可靠的數字」。項目領導人曾於2020 年首次警告,2025 年的啟動日期是不可實現的。
Physics Today 專文
超導量子電腦中的準粒子中毒
近期研究為超導量子位元中的某些錯誤為何會產生,以及緩解它們的最佳方式帶來全新洞見。儘管量子計算相對於我們所熟知、喜愛且依賴的「傳統」計算仍處於起步階段,但過去十年來的快速進展已讓它從科幻名詞搖身一變成為不遠的未來可能成真的現實。量子電腦不再透過操作數百萬個電晶體來控制承載訊息的位元,而是仰賴精確地控制多個量子子系統(個別的量子位或量子位元),並精準地讀取它們的量子狀態。許多具有發展潛力的量子位元平台,如離子阱、中性原子和固態材料缺陷(請參見Christopher Anderson 和David Awschalom 在第26 頁的文章),都是奠基於普遍認為可以展現量子行為的典型基本結構。
Physics Today 專文
昆蟲群如何像(與不像)磁鐵
重整化群,一個使用量子場論工具的強大方法,在生物物理中找到一席之地︒你不需要知道北大西洋中每一個分子的位置和動量來研究墨西哥灣流(Gulf Stream current),不過小尺度和大尺度的現象仍然是相互關聯的,特別是在相變附近。假如你想要了解水在接近它的臨界點,(這裡液體和氣體之間的區隔變弱)或磁鐵接近它的居禮溫度(此時永久磁化消失)時發生什麼事,你不能把研究範圍只限定在一個長度尺度,任何尺度都很
重要!
Physics Today 專文
在巨觀力學共振器中創造薛丁格貓態
一團 16 微克的原子被誘發出現量子行為,展示了著名的思想實驗︒貓和其他日常事物似乎不會同時存在於兩個互斥的狀態。但是在1935 年,埃爾溫· 薛丁格提出了一個思想實驗,即貓可以同時處於死亡和存活的狀態,而隨後的量子理論指出,即便是巨觀物體,兩個狀態的疊加態也應該是可觀測的。儘管量子力學在物質的最小尺度上展現卓越的預測能力,但大型物體似乎不會表現出量子行為。這是否意味著該理論在某些微觀到巨觀的過渡處失效,跨過之後量子力學便不再適用?(有關古典-量子邊界,請參見Physics Today 2004 年5 月25 日第25 頁。)
Physics Today 專文
改善科學教育:一項比火箭科學更為艱鉅的任務!
科學家能夠提供協助的方式,便是與博物館︑校外活動︑學校︑開發指導教材的機構或其他教育計畫成為合作夥伴︒我們用副標題闡釋了納爾遜(George “Pinky” Nelson)經常發表的觀點。他是一位天文研究員,曾經在NASA 擔任過11 年的太空人。他在這11 年當中總共執行了三項太空任務,其中包括挑戰者號事故之後的第一個任務。他離開NASA 之後的數十年間,不僅拓展了自己的職業生涯並涉足科學研究、工程以及科學教育等領域;除卻其他職務,他還曾經擔任西華盛頓大學(Western Washington University)的物理教授一職, 並且是美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science)2061 研究計畫的主持人。這是一項針對改善科學教育的長期研發計畫。納爾遜見多識廣的觀點,更是凸顯出提昇科學教育系統的難度。
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