科研成果一：地震和月震的研究

　　加州理工學(xué)院的研究者利用現(xiàn)有的地下光纖電纜，獲得了關(guān)于地震物理學(xué)的新見解，這些見解可能會(huì)改進(jìn)早期預(yù)警系統(tǒng)。同時(shí)，他們研究了加利福尼亞州塞拉內(nèi)華達(dá)山脈東側(cè)的地震群，得出結(jié)論認(rèn)為長(zhǎng)谷火山口——一次76萬年前火山爆發(fā)的遺跡——僅僅是在受到古老事件影響后的自然沉降，而不是在向另一次爆發(fā)邁進(jìn)。

　　更遠(yuǎn)的月震也在研究之列。研究人員使用了五十年前阿波羅宇航員在月球表面放置的地震儀的數(shù)據(jù)，借助機(jī)器學(xué)習(xí)，他們發(fā)現(xiàn)，月球的震動(dòng)比地球更頻繁且更可預(yù)測(cè)，主要原因是其無大氣層表面經(jīng)歷的極端溫度變化。除了這些”熱”月震外，還發(fā)現(xiàn)每天早晨都會(huì)發(fā)生規(guī)律性的月震，這是由廢棄的阿波羅17號(hào)月球著陸器結(jié)構(gòu)在表面溫度變化時(shí)膨脹和收縮引起的震動(dòng)。

　　加州理工學(xué)院的研究人員還支持了一個(gè)理論，即月球本身是地球與另一個(gè)行星體(稱為希婭)碰撞的結(jié)果。此外，一項(xiàng)建模研究表明，我們太陽系的內(nèi)行星和外行星的衛(wèi)星，以及宇宙中無數(shù)的“超級(jí)地球”，可能都是一種發(fā)生在恒星或行星周圍狹窄帶內(nèi)的巖石行星形成機(jī)制的結(jié)果，在這里，相互競(jìng)爭(zhēng)的力量將蒸汽轉(zhuǎn)化為固體。

　　科研成果二：宇宙觀測(cè)和發(fā)現(xiàn)新行星

　　感謝加州理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的Keck Cosmic Web Imager在夏威夷的莫納克亞山頂?shù)腤. M. Keck天文臺(tái)獲取的光譜發(fā)射數(shù)據(jù)，我們能夠以前所未有的精度觀測(cè)到宇宙網(wǎng)，即喂養(yǎng)星系的氣體流。加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)熱氣巨行星，大約是我們木星大小，位于距離我們12000光年的地方，正被它的恒星吞噬(就像我們的太陽將在50億年后吞噬水星、金星，可能還有地球)。此外，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常不尋常的白矮星，它每15分鐘在其軸上旋轉(zhuǎn)一次，向地球基地望遠(yuǎn)鏡展示兩個(gè)非常不同的面孔，一個(gè)主要由氫組成，另一個(gè)由氦組成。

　　Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav)使用從監(jiān)測(cè)已死恒星，即脈沖星的射電望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了加州理工學(xué)院天文學(xué)家的信心，除了LIGO(位于華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的激光干涉引力波天文臺(tái))能探測(cè)到的由超大質(zhì)量事件產(chǎn)生的引力波外，宇宙中還存在著一種背景嗡嗡聲，或者說是引力波的緩慢滾動(dòng)的海洋。而LIGO本身則通過一種稱為“壓縮”的技術(shù)，將其觀測(cè)擴(kuò)展到量子極限之外，該技術(shù)允許操縱量子噪聲以改進(jìn)即將到來的引力波的檢測(cè)和分析。

　　在更接近我們的地方，加州理工學(xué)院天文物理學(xué)中心的地下室在2023年全年作為測(cè)試SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer)空間望遠(yuǎn)鏡儀器的場(chǎng)所。SPHEREx計(jì)劃于2025年發(fā)射，將以紅外波長(zhǎng)繪制整個(gè)天空的地圖。

　　科研成果三：通過現(xiàn)代科學(xué)和古文獻(xiàn)了解自己

　　鈉是人類的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素，但攝入太少和過多之間有很細(xì)微的界限。今年，加州理工學(xué)院的生物學(xué)家確定了大腦中的區(qū)域，這些區(qū)域在我們需要時(shí)讓我們對(duì)鹽產(chǎn)生食欲，并能夠容忍食物和水中高水平的鹽分。他們還使用機(jī)器學(xué)習(xí)獲得了對(duì)憤怒的獨(dú)特神經(jīng)機(jī)制以及我們對(duì)藝術(shù)美的感知的洞察。

　　盡管新技術(shù)有很大的應(yīng)用前景和探索能力，但它們無法探究幾個(gè)世紀(jì)前人們的行為。為此，加州理工學(xué)院的一位歷史學(xué)家開發(fā)了一種方法，利用當(dāng)時(shí)教會(huì)當(dāng)局收集的記錄經(jīng)濟(jì)交易、婚姻、離婚、繼承、爭(zhēng)端等的文檔，來更多地了解早期中世紀(jì)歐洲的普通人。

　　科研成果四：通過人工智能、可穿戴傳感器和人造胚胎改善人類健康

　　2023年，加州理工學(xué)院(Caltech)的研究人員繼續(xù)通過多種方法改善現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和人類狀況，這些方法包括人工智能(AI)、計(jì)算機(jī)模型、可穿戴傳感器、尖端成像技術(shù)等。

　　加州理工學(xué)院的研究人員及其同事提出了一種新方法，利用AI幫助外科醫(yī)生評(píng)估和提高他們的表現(xiàn)，同時(shí)，加州理工學(xué)院的醫(yī)學(xué)工程師進(jìn)一步增強(qiáng)了可穿戴汗液傳感器的功能，這些傳感器現(xiàn)在可以監(jiān)測(cè)雌激素和C反應(yīng)蛋白(一種炎癥標(biāo)志物)的水平，并開發(fā)了一種“智能”繃帶，承諾通過監(jiān)測(cè)炎癥或細(xì)菌感染的跡象來改善慢性傷口護(hù)理。

　　由干細(xì)胞制成的類胚胎模型模仿了人類胚胎發(fā)育的第二周，可能很快就會(huì)為某些懷孕失敗的原因、某些缺陷和疾病的產(chǎn)生提供新見解，并幫助科學(xué)家弄清楚如何發(fā)展用于移植的合成人體器官。

　　在更小的尺度上，加州理工學(xué)院的研究人員調(diào)查了一種特定類型的噬菌體(一種針對(duì)細(xì)菌細(xì)胞的微小病毒)稱為φX174是如何逃離其細(xì)菌宿主并成功感染和摧毀更多細(xì)菌細(xì)胞的機(jī)制。這項(xiàng)工作可能會(huì)導(dǎo)致治療對(duì)現(xiàn)有抗生素有抵抗力的細(xì)菌感染的新療法。研究人員開發(fā)了一種新的分子成像裝置，可以在單分子水平上可視化材料，并設(shè)計(jì)了一種使用超聲波和氣囊的新型藥物輸送平臺(tái)，顯示出更直接針對(duì)癌細(xì)胞的化療的前景。

　　在COVID-19方面，加州理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種更敏感的在家COVID-19抗原測(cè)試，該技術(shù)可用于設(shè)計(jì)其他病原體的測(cè)試，并結(jié)合了當(dāng)前COVID-19疫苗中使用的兩種不同技術(shù)——mRNA技術(shù)和蛋白質(zhì)納米顆粒技術(shù)——制造出一種強(qiáng)效的混合疫苗。在其他工作中，生物學(xué)家提出了關(guān)于人類免疫缺陷病毒(HIV)在原子尺度上的生物過程的新見解。

　　科研成果五：熱浪、空氣污染和太空太陽能

　　加州理工學(xué)院繼續(xù)調(diào)查氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素，并開發(fā)替代能源。自2014年以來，加州法律要求減少甲烷排放，但加州理工學(xué)院的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，洛杉磯地區(qū)的甲烷排放量下降得比公用事業(yè)公司估計(jì)的要慢得多。在其他工作中，研究人員顯示，洛杉磯縣最近的破紀(jì)錄熱浪比富裕地區(qū)對(duì)低收入地區(qū)的影響更大，并開發(fā)了新技術(shù)，用于理解揮發(fā)性有機(jī)化合物自然轉(zhuǎn)化為氣溶膠的化學(xué)過程，這將使科學(xué)家能夠更好地預(yù)測(cè)氣溶膠對(duì)環(huán)境和人類健康的影響。

　　在綠色能源方面，2023年1月，加州理工學(xué)院太空太陽能項(xiàng)目(SSPP)將一種儀器發(fā)射到地球軌道上，該儀器收集太陽能并無線傳輸?shù)降厍颉４禾欤@種儀器，即太空太陽能示范器(SSPD)，成為第一個(gè)成功接收太陽能并將其傳輸?shù)降厍虻膬x器，在加州理工學(xué)院校園的戈登和貝蒂·摩爾工程實(shí)驗(yàn)室的屋頂上檢測(cè)到了一個(gè)接收器。

　　科研成果六：進(jìn)化光學(xué)、變色塑料和強(qiáng)大的變形機(jī)器人

　　加州理工學(xué)院的科學(xué)家和工程師鑒定、工程化并設(shè)計(jì)了一系列新設(shè)備和材料，有可能重塑我們的世界，包括創(chuàng)造出當(dāng)應(yīng)力施加到它們身上時(shí)會(huì)改變顏色的聚合物，使應(yīng)力的位置可見;以原子尺度混亂排列的金屬3D打印，令人驚訝的是，它們比具有更有序結(jié)構(gòu)的類似尺寸材料強(qiáng)三到五倍;以及3D打印的納米級(jí)光學(xué)設(shè)備，它們?nèi)绱酥。梢詫⒉煌伾墓鈱?dǎo)向相機(jī)圖像中的單個(gè)像素。

　　在更大的尺度上，加州理工學(xué)院的工程師創(chuàng)造了M4，即多模態(tài)移動(dòng)形態(tài)變形機(jī)器人，這是一種受生物啟發(fā)的機(jī)器人，能夠進(jìn)行八種不同類型的運(yùn)動(dòng)(包括飛行、滾動(dòng)和行走)，并能感知即將到來的地形并選擇最有效的運(yùn)動(dòng)形式。

　　科研成果七：量子聲音、量子顯微鏡、量子擦除器和一個(gè)新的量子研究中心

　　加州理工學(xué)院作為量子研究的首要中心之一，今年夏天舉行了艾倫和夏洛特·金斯堡量子精密測(cè)量中心的奠基儀式。該中心將作為精密測(cè)量、量子信息和探測(cè)引力波(或時(shí)空中的波紋)的跨學(xué)科家園。

　　在關(guān)于量子領(lǐng)域的其他新聞中，一種將電子量子態(tài)轉(zhuǎn)換為聲音并再次轉(zhuǎn)換回來的新方法被揭示，允許設(shè)備將聲音(像光一樣，既是粒子又是波)存儲(chǔ)起來，用于未來的量子計(jì)算機(jī)。其他研究人員通過量子糾纏將顯微鏡的分辨率提高了一倍，在量子糾纏中，兩個(gè)粒子的各自狀態(tài)即使它們不接近，也會(huì)相互聯(lián)系。糾纏是今年開發(fā)的“量子擦除器”的核心，它可以消除量子計(jì)算機(jī)中某些類型的錯(cuò)誤。

　　科研成果八：“蜿蜒、游泳和旋轉(zhuǎn) – 以數(shù)字觀察動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)

　　最終，在自然界的現(xiàn)象通過數(shù)學(xué)方式進(jìn)行映射時(shí)，揭示了一些驚人的一致性，包括這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)非常不同的動(dòng)物——如蛇、單細(xì)胞生物和魟魚——通過改變形狀來移動(dòng)時(shí)，一個(gè)單一的數(shù)學(xué)算法就能成功描述它們的運(yùn)動(dòng)。”

　　以上是關(guān)于加州理工學(xué)院2023年重大科研成果的全部盤點(diǎn)，如果您對(duì)美國(guó)留學(xué)感興趣，歡迎隨時(shí)在線咨詢托普仕留學(xué)老師。托普仕留學(xué)多年名校申請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)助力你的留學(xué)申請(qǐng)。