2011全球十大科学新闻：超光速粒子挑战相对论

2011年即将过去，但这一年里发生的科学事件却将产生持续影响：超光速粒子实验如果得到证实，物理学根基将被撼动；日本大地震引发的核危机，促使人们反思核电站安全；航天飞机的退役标志着一个时代的终结，却也意味着航天事业新时代的开始……

《环球科学》杂志日前根据专家团队、专业编辑和网络投票三方意见，评选出了本年度全球十大科学新闻。

超光速粒子挑战爱因斯坦相对论

入选理由：一个可能撼动现代物理学根基的惊人实验。

2011年9月23日，欧洲核子研究所公布了一个震惊世界的研究结果：中微子的运行速度可能超过光速。这项研究是由欧洲核子研究所的超级质子同步加速器产生高强度、高能量的μ子型中微子束，发送到730千米外的意大利格兰·萨索国家实验室，以便检测中微子振荡现象。研究人员发现，中微子到达格兰·萨索的时间比预期早了60纳秒，这可能意味着中微子的运行速度比光速还快。

根据爱因斯坦的狭义相对论，光速是宇宙中的速度极限，不可超越。如果此次研究结果被证实，意味着奠定现代物理学基础的爱因斯坦相对论将遭到严重挑战。不过，不少科学家对这一结果表示怀疑，仍需进一步研究的证实。

日本大地震引发核危机

入选理由：核电安全引起全球高度关注。

2011年3月11日13时46分，在日本本州东海岸附近海域(北纬38.1度，东经142.6度)发生9级地震并引发海啸，造成超过2万人死亡和失踪。地震发生后，福岛第一核电站的核反应堆自动停止运行，由于冷却设备也停止运行，12日15时30分左右，1号机组发生爆炸，接着3号和4号机组也连续发生核泄漏。大量放射性物质泄漏到核反应堆外部，日本各地均监测到超出本地标准值的辐射量，大范围海域也受核污水的污染。

2011年4月12日，日本原子能安全保安院根据国际核事件分级表，将福岛核事故定为最高级7级。这次事故也让全球多个国家重新考虑本国的核电计划。

航天飞机退役

入选理由：航天事业里程碑式的拐点，载人航天的平民化时代或将到来。

航天飞机是太空时代的象征，它承载着人类的梦想和骄傲。2011年7月21日，随着美国航空航天局（NASA）的“亚特兰蒂斯”号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，航天飞机时代拉下帷幕，一个时代就此终结。

今后，美国空间站的补给及宇航员的输送，一部分将通过租用俄罗斯的“联盟号”飞船进行，另一部分则有赖于一些私营公司。包括波音公司在内的其他企业也在摩拳擦掌，准备进入商业载人航天领域。一旦太空旅行实现商业化，载人航天的平民化时代就将到来。

IBM研制出首款石墨烯集成电路

入选理由：迈向石墨烯芯片的关键一步。

2011年6月，IBM托马斯·沃森研究中心的科学家在《科学》上发文宣布，他们研制出了首款由石墨烯圆片制成的集成电路，向开发石墨烯计算机芯片前进了一大步。这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。最新的石墨烯集成电路混频最多可达10千兆赫兹，而且可以承受125℃的高温。这块集成电路还可以运行得更快，未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片。届时，由这类集成电路制成的芯片可以改进手机和无线电收发机的信号，使得手机或许能在通常认为无法接收信号的地方工作。

基因大规模变异速检技术问世

入选理由：为检测遗传疾病、识别突变细菌和开发新疫苗打通了一条捷径。

如何对付耐药性越来越强的“超级病菌”，是医学界面临的重大挑战之一，因为病菌的突变速度，总是领先于抗生素的研发进程。2011年4月，美国马萨诸塞大学医学院的丹尼尔·玻仑在《美国国家科学院院刊》上发表文章称，为了解决这个问题，他和同事开发了一种名为EMPIRIC的技术，可在试管中人为地让基因产生几乎所有可能的突变，然后在同一试管中，对这些可能的突变进行检测、分析，看这些突变会引起什么后果。

这种技术为系统性地鉴定病原体的耐药突变、开发新疗法和新疫苗提供了一条捷径。新方法还有助于科学家深入理解其他一些生物学问题，比如环境压力怎样在基因层面影响进化，哪些突变可能引起遗传疾病，如何筛查可能产生具有耐药性的病毒变种等。

英特尔研制出3D结构晶体管

入选理由：晶体管技术的革命性突破，或将延续摩尔定律。

2011年5月4日，英特尔公司宣布3D结构晶体管首次问世。在新的三栅极3D晶体管中，传统的2D平面栅极被硅基体上垂直竖起的3D硅鳍状物所代替。鳍状物的每一面都有一个栅极，而不是像2D平面晶体管那样，只在顶部有一个栅极。更多的控制可以使晶体管在“开”的状态下让尽可能多的电流通过，而在“关”的状态下尽可能让电流接近零，同时还能在两种状态之间迅速切换。与32纳米平面晶体管相比，22纳米三栅极3D晶体管在低电压下的性能提高了37%，在相同性能的情况下功耗减少50%，而造价仅提高了2%～3%。它们将是未来小型手持设备的理想选择。

磁性和超导性首次被证实可相容

入选理由：超导抗磁性定律被打破。

2011年9月5日，美日两国科学家在《自然·物理学》杂志上报告称，他们将薄薄的一层铝酸镧放置在一个钛酸锶基座上，结果发现，在这两种复合氧化物的接触界面上，原子层产生磁性，同时在接近绝对零度的温度下，电流能毫无电阻地流过界面——这表明，该原子层也具有超导性。

在正常情况下，超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，而这项研究首次证实了超导性和磁性可以相容并存。这为科学家“研制出具有令人惊奇新特性的新材料，以及研究磁性和超导性等在正常情况下不兼容状态之间的相互作用提供了新的可能性”。

中国成功发射“天宫一号”

入选理由：中国成为第三个掌握空间交会对接技术的国家。

2011年9月29日，中国首个目标飞行器（交会对接实验中的被动目标）“天宫一号”发射升空。2011年11月1日，中国再次发射“神舟八号”无人飞行器。“神舟八号”在太空中与“天宫一号”成功完成两次对接，这标志着中国成为了世界上第三个掌握空间交会对接技术的国家。

“天宫一号”与“神舟八号”的成功对接，标志着中国迈入“三步走”战略的第二步第二阶段（即掌握空间交会对接技术及建立空间实验室），同时也是中国空间站的起点，标志着我国已经拥有建立初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。

无稀土磁铁诞生

入选理由：有助于全球高科技产业减少对稀土资源的依赖。

2011年3月，日本东北大学研究生院等科研机构团体宣布，成功开发出了一种无需稀土即可获得强磁力磁铁的基础技术。此次研制成功的强磁性氮化铁所需原料由生产磁性材料的户田工业提供，合成技术则由日本东北大学研究生院的高桥研等教授开发。

全球稀土资源分布极不平均，稀土资源供应缺口一直是笼罩在高新技术产业之上的阴云。这种“无稀土磁铁”主要由铁和氮物质合成，磁性可与采用稀土材料的钕磁铁等相匹敌，预计2025年前能走向实用。

最有说服力的暗物质证据现身

入选理由：暗物质是否存在的争论或将画上句号。

2011年10月，美国科学家在arXive网站上发表文章称，利用费米伽马射线空间望远镜，他们在银河系中心发现了关于暗物质粒子的最有说服力的存在证据。

费米伽马射线空间望远镜于2008年升空，两年多时间里，它主要扫描了银河系的高能活跃区，即暗物质最倾向聚集之地。通过分析费米伽马射线空间望远镜传回的数据，科学家发现了一种可能是由两个暗物质粒子相撞、湮灭时释放出的伽马射线。除了暗物质以外，研究人员也考虑过观测到的伽马射线来源于其他物质，然而据已掌握的知识，其他物质根本无法解释该现象。