IOP《物理世界》评选出2017年物理学十大突破
更新日期：2017-12-2712月11日，英国物理学会（Institute of Physics, IOP）旗下新闻网站《物理世界》（Physics World）公布了评选出的2017年度物理学领域的十项突破。LIGO-Virgo的天文学家和天体物理学家团队因“首次探测到双中子星并合所产生的引力波”而获得年度突破大奖。这一事件打开了以多种观测方式为特点的多信使天文学的大门。
多信使观测：中子星并合对引力（图中左边部分）及物质的影响
2017年8月17日，激光干涉引力波天文台（LIGO）、室女座引力波天文台（Virgo）和费米伽玛射线空间望远镜观测到两个相隔仅2秒钟的信号。两个信号来自双中子星并合——现在此事件编号为GW170817。这是LIGO–Virgo科学家首次观测到双中子星合并，仅用了5小时，LIGO-Virgo科学家就确定了事件在宇宙中的位置。随后的几天里，全世界70多座望远镜对准了GW170817，伽马射线、X射线、可见光、红外、射电等电磁波谱谱段的观测数据纷至沓来。
这一系列协同观测提供了关于中子星碰撞（称为“千新星”）的大量信息。观测为金和铂金等超重元素在宇宙中的起源提供了重要线索。探测中子星合并产生的引力波和可见光，为测量宇宙膨胀速率提供了一种新的独立方法。另外，这次观测解决了关于短时高能伽马射线爆的起源的长期争论。
这十项突破是由《物理世界》从一份其报道研究的受欢迎程度所列的候选名单中评选出来的。评判标准包括：研究的重要性、学科领域的重大进展、理论与实验之间的紧密联系、物理学界的关注度。其它九项突破如下（排名不分先后）：
拓扑激光可以有任意形状的谐振腔
美国加州大学圣地亚哥分校的 Boubacar Kanté团队发明了世界上首个“拓扑”激光器（DOI: 10.1126/science.aao4551）。此器件里，谐振腔可以是任意形状，光在其内蜿蜒穿行而不被散射，很像拓扑绝缘体表面内的电子的运动。拓扑激光器工作波段为电信波段，可能会用于制造性能更佳的光路，甚至可用于保护量子信息不被散射。
闪电可在大气中产生放射性同位素氮13
日本京都大学 榎户辉扬（Teruaki Enoto）团队首次给出细致的有说服力的证据（DOI: 10.1038/nature24630），闪电可以在大气中合成放射性同位素。物理学家早就知道，闪电可以产生γ射线和中子，并猜测γ射线和空气中的氮原子核相互作用可以产生放射性原子核。辉扬团队确认了这一猜测，他们测量到，指示核衰变的γ射线信号在闪电发生约1分钟后达到峰值，他们称这就是有氮13等放射性同位素生成的证据。
斯特凡·黑尔（Stefan Hell）（图左）和同事们
马普学会生物物理化学研究所、乌普萨拉大学、布宜诺斯艾利斯大学的Francisco Balzarotti, Yvan Eilers, Klaus Gwosch, Stefan Hell及其同事，研发了一种新的超分辨显微镜，可以实时追踪活细胞中的生物分子（DOI: 10.1126/science.aak9913）。这种新技术被称为大信息量发光激发探针（maximally informative luminescence excitation probing (MINFLUX)），结合了两种获得过诺贝尔化学奖的技术的优点，荧光显微镜和Hell发明的受激发射损耗（STED）显微镜。MINFLUX实现了更快速度的纳米级分辨率，发射光子的数量也比之前的要少。
在实验上实现“反事实量子通信”
英国布里斯托尔大学 Hatim Salih 团队提出了不交换任何粒子传送量子信息的理论，中国科学技术大学潘建伟团队在实验上实现了这一想法。 四年前，Salih与同事提出一种新的量子通信方案，不需要传送任何物理粒子。尽管有物理学家表示怀疑，今年潘建伟团队在实验室创造出这样的系统，并传送了一张简单的图片，过程中几乎没用传送任何光子。这一技术被称为“反事实成像”，未来有望用于免直接光照条件下拍摄古代艺术品。
观望天空：阿根廷的切伦科夫探测器
皮埃尔·奥格天文台通过协同合作展示了超高能宇宙射线来自于银河系之外。几十年来，天文物理学家一直认为，能量大于1 EeV（即1018 eV）的宇宙射线的来源，可以通过这些粒子的到达方向而得知。这与较低能量的宇宙射线不同，后者因银河系的磁场而发生偏转后，看上去似乎是来自四面八方的。如今在阿根廷，皮埃尔·奥格尔天文台的1600个切伦科夫粒子探测器显示，超高能宇宙射线的到达率在一半的天空中比在整个天空中更高。更重要的是，有太多远离了银河系的中心，这表明超高能宇宙射线来自于银河系之外。
马里兰大学Christopher Monroe团队，哈佛大学Mikhail Lukin团队分别独立制备出时间晶体。传统晶体的特征是具有平移对称性自发破缺，即空间结构具有周期性，而时间晶体的特征是具有离散时间对称性自发破缺，即随着时间自发周期性变化。五年前就有理论预言时间晶体，现在用两个基于自旋的系统得到实现。Lukin用的是金刚石缺陷的自旋（DOI: 10.1038/nature21426），Monroe用的是囚禁离子的自旋（DOI: 10.1038/nature21413）。
冷却包装：卷轴式玻璃聚合物超材料冷却
美国科罗拉多大学博尔德分校杨荣贵（Ronggui Yang）和尹晓波（Xiaobo Yin）团队研发了一种新型辐射制冷材料薄膜（DOI: 10.1126/science.aai7899）。该薄膜由玻璃微球、聚合物和银制成，即玻璃-聚合物混合超材料。它采用被动辐射冷却，将热量从其覆盖的物体中散去。薄膜以红外辐射的形式释放能量，释放的能量可以穿过大气层，进入太空。这种超材料还可以反射太阳光，即在白天晚上都可以工作。但或许最重要的是，材料成本低廉，可以量产。
三光子干涉
滑铁卢大学的萨沙·阿格尼（Sascha Agne）和托马斯·杰内维恩（Thomas Jennewein）及同事们，牛津大学的斯蒂芬妮·巴兹（Stefanie Barz），史蒂夫·科尔萨摩（Steve Kolthammer），兰·沃姆斯利（Ian Walmsley）及同事们，独立测量了涉及三个光子的量子干涉。这实属不易，因为它需要有能力将三个无法分辨的光子同时传递到同一个地方，同时也要确保在测量中消除单光子和双光子的干扰效应。除了能深入了解量子力学的基本原理，三光子干涉还可以用于量子加密和量子模拟器。
利用虚拟现实技术探索胡夫金字塔内部的秘密
多国科学家在“扫描金字塔”（ScanPyramids）项目中协同合作，利用宇宙射线μ介子，在埃及吉萨的胡夫金字塔中发现了一个前所未知的巨大空腔。通过在金字塔内及周围放置不同类型的μ介子探测器，研究小组测量了当μ介子簇射穿过巨大的结构后的衰减方式。计算机程序法分析了这些数据，并揭示了金字塔深处一个出乎意料的巨大空腔。