1893年，一位德国化学家在康奈尔学院创办了《物理评论》期刊，这是化学领域顶级期刊的方阵，其中包括《昨晚的物理评论快报》——该系列的鼻祖。
去年是该书出版 125 周年。 为了纪念这一重要时刻，德国化学会（APS）从浩瀚的论文海洋中筛选出49篇具有里程碑意义的作品，并勾勒出一个跨越一个世纪的时间表。
明天，我们将上去回顾一下化学发展史上这些非凡的闪光时刻。
1913年
密立根对电子电荷的测量
1913年，密立根通过油滴实验证明，电荷不可能是连续值，而只能是某个基本常数的整数倍。 这就是我们今天所说的“基本电荷”。 值得一提的是，在当时的实验条件下，密立根油滴实验测得的元电荷值与今天公认的值的偏差小于0.5%。 密立根于1923年荣获诺贝尔化学奖。
1923年
康普顿发现光的粒子性
光是粒子还是波？ 1923年，康普顿散射实验告诉我们光具有粒子的特性：当X射线和伽马射线被电子散射时，它们的动量减小，这与经典电磁理论相反，从而否定了光的粒子性。 康普顿因此获得1927年诺贝尔化学奖。
1927年
实验证明物质波的存在
德布罗意从理论上预言了物质波的存在，而实验的否认工作则由戴维森和格莫特完成。 1927年，他们用电子束轰击镍金属晶体，观察到清晰的干涉图案，这是物质波存在的最好证明。 1929年德布罗意荣获诺贝尔化学奖。
1931年
不可逆过程相关理论的提出
在两篇论文中，昂萨格提出了描述传热等不可逆过程的一般理论。 在这组理论中，昂萨格给出了一组广泛使用的倒排关系。 例如，它们可用于预测热电子和载流子电子的行为。 昂萨格因此获得1968年诺贝尔物理学奖。
1932年
氘的发现
1932 年，乌里、布里克·韦德和墨菲发现了氘，这是一种由质子、中子和电子组成的氢核素。 然后在第二次世界大战中，氧化氘，也就是我们今天所说的重水，被应用于核反应堆。 现在，氘被广泛应用于核磁共振以及大量的物理实验和粒子化学实验。 乌里因此获得了1934年诺贝尔物理学奖。
1933年
安德森发现正电子
通过观察云室中宇宙射线中未知粒子的轨迹，安德森于 1933 年发现了电子的反粒子——正电子。安德森的发现为狄拉克的预言提供了第一个支持，即每个费米子都会有一个质量相等但电荷相反的反粒子。 安德森于1936年获得诺贝尔化学奖。
1935年
EPR悖论挑战量子理论
爱因斯坦、波多尔斯基和罗森构建了一个思想实验来证明量子热与局部现实相冲突。 后来的实验通过验证贝尔方程不成立，否定了量子热的正确性。 爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的论文阐明了纠缠的性质，这现在是量子信息领域的基础。
1938年
MRI的发现
1938年，拉比和他的朋友们发现了核磁共振现象，并探测到了分子束中的核磁矩。 后来，布洛赫、珀塞尔和他们的合作者将拉比的技术扩展到液体和固体的核研究，最终使磁共振成像成为可能。 拉比因此获得1944年诺贝尔化学奖，布洛赫和珀塞尔因此获得1952年诺贝尔化学奖。
1939年
核聚变液滴模型的提出
化学家发现惊人的核裂变现象后不到一年，1939年，玻尔和惠勒利用液滴模型估算了核裂变参数，估算结果与实验非常吻合。 该模型的发展对于原子弹和核能的发展至关重要。
1939年
恒星核反应的预测
1939年，贝特预测，产生氦气的两种核反应可能成为恒星能量的来源：氢聚变和碳氮循环。 九年后，贝特、艾弗和伽莫夫借助原始的大爆燃理论，提出了对宇宙中元素产生速率的解释。 贝特因此获得1967年诺贝尔化学奖。
1947年
羔羊移位检测
1947年，兰姆和雷瑟福德检测到氢原子的两个基态之间存在微小的能级差异，这是狄拉克理论没有预测到的。 这种能级差异称为“兰姆位移”。 贝特将兰姆位移归因于电子和真空涨落之间的相互作用，并在几个月后用新的重正化技巧描述了这些效应，为量子电热的发展奠定了基础。 兰姆因此获得1955年诺贝尔化学奖。
1948年
量子电热的发展
1948年，施温格和费曼独立提出了各自的量子电热理论，费曼也在论文中介绍了他的“费曼图”。 后来戴森证明这两种理论是等价的。 量子电热学做出了许多前所未有的准确预测，例如电子的反常磁矩等，这些都在后来的实验中被否定了。 施温格和费曼因此荣获 1965 年诺贝尔化学奖。
1953年
首次间接探测到中微子
1930年，泡利引入中微子来解释原子核在β衰变过程中的能量损失。 1953 年，莱因斯和考恩声称使用放置在核反应堆对面的大水箱检测到了幽灵粒子。 1956年，他们发表了中微子的最终检测结果。 1960年，他们详细介绍了他们的实验。 莱因斯因此获得1995年诺贝尔化学奖。
1954年
提出杨-米尔斯理论
1954年，杨振宁和米尔斯构建了可以描述基本粒子行为的场论物理方法。 这个杨-米尔斯场成为电弱统一理论和描述夸克行为的量子色动力学的核心部分。
1956年
弱相互作用中宇称不守恒的发现
很久以前，宇称守恒仍然是数学中的普遍原理。 直到1956年，为了解释观测到的奇异宇宙线数据，李政道和杨振宁大胆假设宇称对称性在弱相互作用中破缺。 一年后，吴建雄和她的合作者通过β衰变实验证明了宇称守恒被打破。 李政道和杨振宁因此获得1957年诺贝尔化学奖。
1957年
BCS超导理论的发展
超导被发现近半个世纪后，1957年，、和提出了BCS理论来解释超导。 在这个理论中，电子配对并进入量子单线态。 BCS理论不仅应用于聚合化学，而且在粒子化学和核化学中发挥着重要作用。 巴丁、库珀和施里弗因此荣获 1972 年诺贝尔化学奖。
1960年
介子中检测到自发对称破缺
1960年，喜多洋一郎将π介子的微小质量与其近似对称性联系起来，并获得了一个重要的新视角：化学系统的对称性可以不同于组成该系统的元素的对称性。 这些自发对称破缺是普遍存在的，例如自发对称破缺经常发生在磁极和固体中，希格斯-玻骰子理论中也存在自发对称破缺。 北部阳一郎因此获得2008年诺贝尔化学奖。
1962年
提出的八位字节模型
1962年，盖尔曼用八位态对轻介子和载流子1/2重子进行了分类。 这些分类原理依赖于近似对称性，该近似对称性最终由三个最轻的夸克（上夸克、下夸克和奇夸克）的对称性来解释。 盖尔曼因这项工作荣获 1969 年诺贝尔化学奖。
1962年
太阳系外X射线源的发现
为了防止月球大气层吸收X射线，贾科尼和他的合作者在1962年用尼克斯探测器将盖革计数器送入太空。 令人惊讶的是，他们发现了位于太阳系之外的 X 射线源。 贾科尼被称为 X 射线天文学之父，他的工作直接导致使用太空望远镜来探测黑洞和其他辐射源发出的 X 射线。 贾科尼因此获得2002年诺贝尔化学奖。
1963年
光学相干量子理论的提出
1963年，格劳伯提出了描述光线中光子之间相关性的理论。 当他意识到由于量子热学的原因，首先撞击探测器的光子会影响探测到后来的光子的机会时，他的突破就出现了。 他的工作否定了对新光学检测方法的需求。 格劳伯因这项工作获得了 2005 年诺贝尔化学奖。
1963年
卡比博预测粒子混合
1963年，卡比博的理论预言让人们意识到，相同质量的夸克不一定含有相同的味道，比如上夸克、下夸克、奇异夸克等。 甚至夸克也可以是不同味道的混合物。 卡比博的想法解释了为什么某些粒子的衰变被抑制，并且还引入了粒子化学中的混合概念。
1964年
密度泛函理论的提出
1964年，霍恩伯格、科恩和沈构建了密度泛函理论。 借助密度泛函理论可以相当准确地估计分子和固体材料的性质，并且该方法大大减少了估计量。 密度泛函理论使用多电子量子热多项式的近似解。 随后，韦莱构建了密度泛函理论的规范版本，这是一种在计算机模拟中求解牛顿多项式的数值方法。 1985年，Carl和统一了密度泛函理论和的方法。 科恩因此获得1998年诺贝尔物理学奖。
1964年
希格斯波骰子预言
1964年，恩格勒和希格斯独立提出了一个模型来解释基本粒子为何具有质量。 在他们的理论中，需要存在一种新粒子，这就是我们现在所说的希格斯玻色子。 希格斯鲍勃骰子是标准模型中一个特别重要的部分，在理论预测近 50 年后，它终于在法国核研究中心的小型强子对撞机中被发现。 恩格勒和希格斯因这项工作获得了 2013 年诺贝尔化学奖。
1967年
温伯格发展了电弱理论
1967 年，温伯格提出了电弱相互作用理论，当该理论扩展到包括夸克和强相互作用时，成为粒子化学的标准模型。 这一理论的核心后来被实验反驳，包括2012年希格斯玻色子的发现。温伯格因此获得了1979年诺贝尔化学奖。
1969年
质子内部结构的检测
1969年，弗里德曼、肯德尔、泰勒和他们的合作者通过电子-质子散射实验首次给出了质子不是基本粒子的实验证据。 这些数据反驳了他们的观点，即质子是由更基本的粒子（今天称为夸克）组成的。 弗里德曼、肯德尔和泰勒因此荣获 1990 年诺贝尔化学奖。
1971年
威尔逊提出重整化群理论
1972 年，威尔逊的两篇论文奠定了重整化群理论的基础，重整化群是研究不同厚度尺度化学性质的物理工具。 当系统经历相变时，其相关宽度趋于无穷大，重正化群理论是描述这些相关性的有力工具。 威尔逊因此获得1982年诺贝尔化学奖。
1972年
Hel-3 超流动性的发现
1972年，、Lee和观察到接近绝对零的氦3变成超流体，并且这些流体完全非粘性。 这一结果表明，像氦 3 原子这样的费米子可以具有比氦 4 更复杂的超流相。 奥谢洛夫、李和理查森荣获 1996 年诺贝尔化学奖。
1973年
夸克相互作用理论的构建
格罗斯、威尔切克和弗兰克独立提出了一个理论来解释夸克的两个看似矛盾的观察结果：夸克总是被困在一起形成其他粒子，例如质子或中子。 在复合粒子中，夸克只是松散地锁定在一起。 格罗斯、威尔切克和弗兰克因此荣获 2004 年诺贝尔化学奖。
1974年
粲夸克的发现
1974年，丁肇中和里克特领导的研究小组通过粲反粲俘获态发现了粲夸克，这些俘获态就是现在的J/ψ介子。 这一发现被称为“十一月革命”，因为它将夸克的概念从理论构建转变为实验事实。 丁肇中和里希特因此获得1976年诺贝尔化学奖。
1975年
壳模型在不稳定的轻核中失败
原子核的壳层模型预测，最稳定的原子核具有特定的中子和质子幻数。 1975年，欧洲核子研究中心对不稳定钠核进行的研究发现，壳层模型在高中子浓度的核中失效。
1977年
拓扑相变的理论描述
1977年，索利斯、科斯特利茨和霍尔丹借助拓扑理论描述了大量固体中的奇异相和相变。 他们的工作为薄膜中的输运现象以及低维量子极、超流体和超导体中的奇异行为提供了新的见解。 索利斯、科斯特利茨和霍尔丹因此荣获 2016 年诺贝尔化学奖。
1978年
预言六角形方面
1978年，和提出二维固体凝固包含固液之间的中间相。 这一发现被称为六方相，六方相在后续的实验和理论模拟中得到了证明。 这说明二维体系的熔化与三维体系的熔化有着本质的不同。
1980年
量子霍尔效应的发现
1980年，von 、和发现，高温下二维电子气的霍尔浊度随着外磁场的增加按e2/h的整数倍变化。 继量子霍尔效应的发现之后，崔奇、和又发现了分数量子霍尔效应，分数电荷在分数量子霍尔效应中爆发出来。 冯·克利青因此获得 1985 年诺贝尔化学奖。 冯·克利青因此获得1985年诺贝尔化学奖； 崔琪和斯特默获得了1998年诺贝尔化学奖。
1981年
古斯的上升理论
1981年，古斯提出，在大爆燃发生后不到一秒的时间内，宇宙经历了指数级的快速膨胀。 扬升模型为宇宙的均匀性和平坦性提供了解释，迄今为止这仍然是宇宙学家的一个难题。
1982年
贝尔测试验证了量子热预测
量子理论预测纠缠态粒子之间的相关性超出了经典情况下可实现的极限。 1982年，艾伦·阿斯佩和他的合作者通过贝尔测试反驳了这一预言。 实验使用了原子发射的成对光子，结果证明量子理论胜出。 值得一提的是，艾伦·阿斯佩消除了导致之前实验失败的检测仪器之间的相互作用。
1982年
扫描隧道显微镜的发明
1982 年，、 和他们的合作者通过使用原子级尖端来检测材料表面上的微小隧道电压，创建了扫描隧道显微镜。 这些检测方法可以扫描材料表面的原子精度图像。 1986年，、和Gable制作了原子力显微镜。 宾尼和罗勒因这项工作获得了 1986 年诺贝尔奖。
1984年
准晶体的发现
1984年，谢赫特曼和他的合作者在合金方面取得了重大发现，导致数学家重新思考晶体的概念，因为这些合金中的原子排列表现出五重旋转对称性，但不具有周期性结构。 在随后的论文中，莱文和斯坦哈特将这些原子排列称为准晶体，并解释了这些结构可能存在的原因。 谢赫特曼因此获得2011年诺贝尔物理学奖。
1985年
朱棣文发明激光冷却技术
1985年，朱棣文和他的合作者利用反向传播激光束的辐射压力将原子限制在极高的温度下。 这些技术可以在 100 纳秒内将原子温度提高到数百毫开尔文。 他们的冷却和捕获原子技术提高了原子光谱的精度，并促进了包括玻色-爱因斯坦收敛在内的系统量子相的研究。 朱棣文因此获得1997年诺贝尔化学奖。
1986年
计算机模拟纳维-斯托克斯公式
1986年，、和Bomer提出了一种模拟纳维-斯托克斯公式的方法，该公式描述了液体的行为，并被应用于许多科学技术领域。 他们的方法涉及称为元胞自动机的虚拟粒子，其在六角形网格上的运动与液体粒子的运动相关。
1987年
低温超导体的发现
1987年，朱景武和他的合作者合成了钇钡铜氧化物，其超导转变温度达到创纪录的93K。 如此高的转变温度已经可以用液氮实现，这使得钇钡铜氧化物材料可以在现实生活中得到应用。
1988年
巨磁阻效应的发现
1988年，菲尔和克鲁伯格发现，他们可以通过转动两个磁极之一来显着改变两个磁极之间的阻力。 如今，巨磁阻效应用于制造硬盘驱动器和载体电子设备，这些设备使用电子载体而不是电荷来传输和存储信息。 费尔和克鲁伯格因此荣获 2007 年诺贝尔化学奖。
1992年
用光子实现宏观量子态
1992年，阿罗什和他的合作者通过腔内光子与原子的相互作用实现了宏观量子叠加态，也就是我们常说的“薛定谔猫”态。 使用类似的设置，该团队观察到了量子退相干，这是量子检测的核心。 阿罗什因此获得2012年诺贝尔化学奖。
1998年
中微子振荡的发现
1998年，美国的超级神冈实验用确凿的实验证据证明，μ子中微子可以自发地转变为τ中微子，反之亦然，这就是中微子振荡。 2001年，新加坡萨德伯里中微子观测站检测到了太阳发射的全部三种中微子，总通量与标准太阳模型的预测吻合良好，解决了此前观测到的太阳中微子不足的问题。 位问题。 中微子振荡意味着中微子具有质量，这与粒子化学的原始标准模型不一致，并且对理论和实验化学都有影响。 神冈实验室负责人小芝正俊因此获得2002年诺贝尔化学奖。
2002年
完美镜头的理念
2002年，瑞士科学家约翰·彭德里构想出一种完美的镜片。 它借助负折射率材料，突破了经典光学的衍射极限，放大了倏逝波，使人们能够观察到物体表面的精细信息。
2001年
随机图模型的发展
2001年，、和Watts开发了一个物理系统来分析随机图，这对于许多现实世界的网络来说是一个很好的模型，比如流行病的传播、人际社交网络等。 他们的这些模型比以前的方法更通用，扩大了随机图论的应用范围。
2006年
118号元素的合成
2006年，加拿大杜布纳联合核研究所的科学家在论文中报告称，他们发现了一种含有118个质子的超重物理元素。 这个实验是在2002年进行的，至此，元素周期表第七周期已经全部填满。第118号元素终于被命名了，英文名是
，纪念其发现者之一。
2007年
三维拓扑绝缘体的预测
2007年，付亮和凯恩预测合金材料Bi1-xSbx在x在0.07到0.22之间时成为三维拓扑绝缘体，具有导电表面态，但即使存在杂质或缺陷也能保持稳定。预测物理学进展 期刊，拓扑绝缘体只存在于二维系统中，他们的研究表明这些惊人的特性可能存在于更广泛的材料中
2015年
外尔费米子的发现
1929年物理学进展 期刊，加拿大科学家韦尔从理论上预言了具有手性的无质量费米子的存在，即“韦尔费米子”，但目前还没有符合这些性质的基本粒子。 2015年，中国科学院化学研究所研究团队在TaAs会聚体系中发现了外尔费米子。 这项研究从理论预测、样品制备到实验观察的整个过程都是由中国科学家独立完成的。
2016年
引力波的发现
2016年，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）检测到两个黑洞合并产生的引力波信号，这是爱因斯坦广义相对论的最后预测。 引力波的发现开创了引力波天文学的新时代，去年观测到了两颗中子星合并产生的引力波信号。 日本麻省理工学院院士雷纳·韦斯、加州理工学院院士基普·索恩和巴里·巴里什因此荣获2017年诺贝尔化学奖。
本文转载自公众号“中国科学院化学研究所（ID：cas-iop）”
《全球科学》第二季刊现已出版