2023年回顾

在我们结束这一年并展望下一年之际，我们借此机会反思加州理工学院在 2023 年出现的突破性研究成果。从增进人类对病毒的了解和应对，到完善自主技术的使用，再到利用先进的仪器来更清楚地了解我们的宇宙和我们在其中的位置，加州理工学院继续有力而有意义地塑造对世界的理解和互动。以下是一些亮点。

摇晃和颤抖的地球和月亮

使用现有的地下光缆，对地震物理学有了新的见解，可以改善预警系统，而对加利福尼亚州内华达山脉东侧地震群的研究使研究人员得出结论，长谷火山口是76万年前火山喷发的遗迹， 只是从古代事件的影响中安顿下来，而不是走向另一个事件。

五十年前，阿波罗宇航员在月球表面放置的地震仪的数据检查了月球上更遥远的地震。在机器学习的帮助下，研究人员表明，月球的震动比地球更频繁、更可预测，这主要是因为月球表面没有大气层，温度波动很大。除了这些“热”月震外，人们还发现每天早上都会发生定期的月震，这是由废弃的阿波罗17号月球着陆器结构随着表面温度的变化而膨胀和收缩引起的。

月球本身是地球与另一个行星体（称为忒伊亚）碰撞的结果的理论得到了加州理工学院研究人员的支持，而一项建模研究表明，我们太阳系的内行星和外行星的卫星，以及散布在宇宙中的无数“超级地球”，都可能是岩石行星形成的单一机制的结果，该机制发生在恒星或行星周围的狭窄带中。 相互竞争的力量将蒸汽转化为固体。

调查宇宙并寻找系外行星、双面星和引力波

多亏了加州理工学院领导的凯克宇宙网成像仪获得的光谱发射数据，该成像仪位于夏威夷岛莫纳凯亚山顶的WM凯克天文台，我们能够以比以往任何时候都更高的精度观察宇宙网，即微弱的气体喂养星系流，因此难以可视化。加州理工学院的团队揭开了一颗与木星大小差不多的热气巨行星，位于大约12,000光年之外，它正在被太阳吞噬（就像我们的太阳将在50亿年内吞噬水星，金星，甚至可能吞噬地球一样）。还发现了一颗非常不寻常的白矮星，它每15分钟绕其轴旋转一次，显示出地球望远镜的两个截然不同的面孔，一个主要由氢组成，另一个由氦组成。

纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）使用来自射电望远镜的数据，这些望远镜监测被称为脉冲星的死星，为加州理工学院的天文学家提供了更大的信心，除了产生引力波的超大质量事件外，LIGO（位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的激光干涉仪引力波天文台）可以探测到，还有一个背景嗡嗡声， 或整个宇宙中缓慢滚动的引力波海洋。就其本身而言，LIGO使用一种称为“挤压”的技术将其观测扩展到量子极限之外，该技术允许操纵量子噪声，以改善对入射引力波的探测和分析。

离家更近的是，加州理工学院校园内的卡希尔天文学和天体物理中心的地下室在整个 2023 年都作为测试 SPHEREx（宇宙历史光谱光度计、再电离时代和冰探测器）太空望远镜仪器的场所，计划于 2025 年发射。SPHEREx 将以红外波长绘制整个天空。

通过现代科学和古代文献了解自己

钠是人类的关键营养素，但在摄入过少或过多之间可能存在细微差别。今年，加州理工学院的生物学家指出了大脑中那些让我们在需要时对盐有胃口的区域，以及能够忍受食物和水中高浓度盐分的能力。他们还使用机器学习来深入了解愤怒的独特神经机制以及我们对艺术美的感知。

尽管新技术具有前景和审问力，但它们无法探究生活在几个世纪前的人们的行为。为此，加州理工学院的一位历史学家开发了一种方法，利用当时教会当局收集的记录经济交易、婚姻、离婚、继承、纠纷等的文件，更多地了解中世纪早期欧洲的普通民众。

通过人工智能、可穿戴传感器和人造胚胎改善人类健康

2023 年，加州理工学院的研究人员继续寻求通过各种方法改善现代医学和人类状况，包括人工智能 （AI）、计算机模型、可穿戴传感器、尖端成像技术等。

加州理工学院的研究人员及其同事提出了一种使用人工智能帮助外科医生评估和发展其表现的新方法，而加州理工学院的医学工程师进一步增强了可穿戴汗液传感器的功能，现在可以监测雌激素和C反应蛋白（炎症的标志物）水平，并开发了一种“智能”绷带，有望通过监测炎症或细菌感染的迹象来改善慢性伤口护理。

由干细胞制成的胚胎样模型模仿人类胚胎发育的第二周，可能很快就会为为什么一些怀孕失败，出现某些缺陷和疾病提供新的见解，并帮助科学家弄清楚如何开发用于移植的合成人体器官。

在较小的规模上，加州理工学院的研究人员研究了一种称为φX174的特定类型的噬菌体（一种靶向细菌细胞的微小病毒）逃脱其细菌宿主并成功感染和破坏其他细菌细胞的机制。这项工作可能会为对现有抗生素具有抗药性的细菌感染带来新的治疗方法。研究人员开发了一种新的分子成像设备，可以在单分子水平上可视化材料，并设计了一种新的药物递送平台，使用超声波和气体囊泡，显示出更直接地靶向癌细胞化疗的前景。

在 COVID-19 方面，加州理工学院的研究人员开发了一种更灵敏的家用 COVID-19 抗原检测，该技术可用于设计针对其他病原体的检测，并结合了当前 COVID-19 疫苗中使用的两种不同技术——mRNA 技术和蛋白质纳米颗粒技术——来制造一种有效的混合疫苗。在其他工作中，生物学家在原子尺度上对人类免疫缺陷病毒（HIV）的生物学过程提出了新的见解。

热浪、空气污染和来自太空的太阳能，天哪！

加州理工学院继续调查气候变化背后的驱动因素，并开发替代能源。自 2014 年以来，加利福尼亚州法律要求减少甲烷排放，但加州理工学院的一项研究发现，洛杉矶地区的甲烷排放量下降速度比公用事业公司估计的要慢得多。在其他工作中，研究人员表明，洛杉矶县最近破纪录的热浪对低收入地区的打击比富裕地区更严重，并开发了新技术来了解挥发性有机化合物自然转化为气溶胶所涉及的化学成分，这将使科学家能够更好地预测气溶胶对环境和人类健康的影响。

在绿色能源方面，2023 年 1 月，加州理工学院太空太阳能发电项目 （SSPP） 将一种仪器发射到环绕地球的轨道上，该仪器收集太阳能并将其无线传输到地球。今年春天，这台名为太空太阳能演示器（SSPD）的仪器是第一个成功接收太阳能并将其传输到地球的仪器，在那里它被加州理工学院校园戈登和贝蒂摩尔工程实验室屋顶上的接收器检测到。

不断发展的光学器件、变色塑料和强大的 Morphin’ 机器人

加州理工学院的科学家和工程师确定、设计和设计了一系列有可能重塑我们世界的新设备和材料，包括创造聚合物，当施加压力时会改变颜色，使应变的位置可见;纳米级3D打印的金属具有凌乱的原子排列，令人惊讶的是，它们比具有更整洁结构的类似尺寸的材料强三到五倍;以及3D打印的纳米级光学设备，这些设备非常小，可以将不同颜色的光引导到相机图像中的单个像素。

在更大的范围内，加州理工学院的工程师创造了M4，即多模态移动Morphobot，这是一种仿生机器人，能够进行八种不同类型的运动（包括飞行，滚动和行走），并且可以感知即将到来的地形并选择最有效的运动形式。

量子声音、量子显微镜、量子橡皮擦和新的量子研究中心

加州理工学院扩大了其作为量子研究中心的首要中心的地位，艾伦博士和夏洛特金斯伯格量子精密测量中心在夏季破土动工。该中心将作为精密测量、量子信息和探测引力波或时空涟漪的跨学科家园。

在有关量子领域的其他新闻中，揭示了一种将电量子态转换为声音并再转换回来的新方法，允许设备存储声音（像光一样，既是粒子又是波）供未来的量子计算机使用。其他研究人员通过量子纠缠将显微镜的分辨率提高了一倍，其中两个粒子的各自状态即使彼此不靠近，也会相互连接。纠缠是今年开发“量子橡皮擦”的核心，它可以消除量子计算机中某些类型的错误。

滑行、游泳和旋转——数字动物运动

最后，随着自然界中的现象被数学化地绘制出来，令人惊讶的谐音被发现，包括发现当非常不同的动物（如蛇、单细胞生物和黄貂鱼）通过改变它们的形状而移动时，一个单一的数学算法就可以成功地描述它们的运动。