عالم الفيزياء يسرنا الإعلان عن أفضل 10 اختراقات للعام لعام 2022 ، والتي تشمل كل شيء من الفيزياء الكمومية والطبية إلى علم الفلك والمادة المكثفة. وعموما عالم الفيزياء سيتم الكشف عن اختراق العام يوم الأربعاء 14 ديسمبر.
تم اختيار 10 Breakthroughs بواسطة لوحة من عالم الفيزياء المحررين ، الذين فحصوا مئات التحديثات البحثية المنشورة على الموقع هذا العام في جميع مجالات الفيزياء. بالإضافة إلى أنه تم الإبلاغ عنها في عالم الفيزياء في عام 2022 ، يجب أن تستوفي الاختيارات المعايير التالية:
- تقدم كبير في المعرفة أو الفهم
- أهمية العمل للتقدم العلمي و / أو تطوير تطبيقات العالم الحقيقي
- من المصلحة العامة ل عالم الفيزياء القراء
أهم 10 اختراقات لعام 2022 مذكورة أدناه بدون ترتيب معين. عد الأسبوع المقبل لمعرفة من الذي حصل على الحقيبة بشكل عام عالم الفيزياء جائزة اختراق العام.
الدخول في حقبة جديدة للكيمياء شديدة البرودة
إلى بو تشاو, جيان وي بان وزملاؤهم في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC) والأكاديمية الصينية للعلوم في بكين ؛ وبشكل مستقل ل جون دويل وزملاؤهم في جامعة هارفارد بالولايات المتحدة ، لإنشاء أول جزيئات متعددة الذرات شديدة البرودة.
على الرغم من قيام الفيزيائيين بتبريد الذرات إلى جزء صغير فوق الصفر المطلق لأكثر من 30 عامًا ، وظهرت أول جزيئات ثنائية الذرة فائقة البرودة في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، إلا أن الهدف المتمثل في صنع جزيئات فائقة البرودة تحتوي على ثلاث ذرات أو أكثر كان بعيد المنال.
باستخدام تقنيات مختلفة ومكملة ، أنتج فريق USTC وهارفارد عينات من جزيئات الصوديوم والبوتاسيوم ثلاثية الذرات عند 220 nK و هيدروكسيد الصوديوم عند 110 µK على التوالي. يمهد إنجازهم الطريق لأبحاث جديدة في كل من الفيزياء والكيمياء ، مع دراسات للتفاعلات الكيميائية شديدة البرودة ، وأشكال جديدة من محاكاة الكم ، واختبارات العلوم الأساسية ، وكلها أقرب إلى أن تتحقق بفضل هذه المنصات الجزيئية متعددة الذرات.
مراقبة رباعيترونترون
إلى ميتال دور في معهد الفيزياء النووية بجامعة دارمشتات التقنية بألمانيا وبقية دول تعاون الساموراي For مراقبة رباعيترونترون وإظهار أن المادة النووية غير المشحونة موجودة ، ولو لفترة قصيرة جدًا.
يتكون رباعي النيوترونات من أربعة نيوترونات ، وقد تم رصده في مصنع الشعاع الأيوني المشع التابع لمركز RIKEN Nishina في اليابان. تم إنشاء رباعيوترونات بإطلاق نوى الهليوم 8 على هدف الهيدروجين السائل. يمكن أن تقسم التصادمات نواة الهليوم 8 إلى جسيم ألفا (بروتونان واثنان من النيوترون) ورباعي النيوترون.
من خلال الكشف عن ارتداد جسيمات ألفا ونواة الهيدروجين ، توصل الفريق إلى أن النيوترونات الأربعة كانت موجودة في حالة رباعي النيوترونات غير منضمة لمدة 10 فقط.-22 س. الأهمية الإحصائية للملاحظة أكبر من 5 درجات مئوية ، مما يجعلها أعلى من عتبة الاكتشاف في فيزياء الجسيمات. يخطط الفريق الآن لدراسة النيوترونات الفردية داخل رباعيوترونات والبحث عن جسيمات جديدة تحتوي على ستة وثمانية نيوترونات.
توليد كهرباء فائق الكفاءة
إلى ألينا لابوتين, أسجون هنري وزملاؤهم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمختبر الوطني للطاقة المتجددة بالولايات المتحدة بناء خلية حرارية (TPV) بكفاءة تزيد عن 40٪.
خلية TPV الجديدة هي أول محرك حراري ذو حالة صلبة من أي نوع يقوم بتحويل ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى طاقة كهربائية بشكل أكثر كفاءة من المولدات القائمة على التوربينات ، ويمكن أن يعمل مع مجموعة واسعة من مصادر الحرارة الممكنة. وتشمل هذه أنظمة تخزين الطاقة الحرارية ، والإشعاع الشمسي (عبر ماص إشعاع وسيط) والحرارة المهدرة بالإضافة إلى التفاعلات النووية أو الاحتراق. لذلك يمكن أن يصبح الجهاز مكونًا مهمًا لشبكة كهرباء أنظف وأكثر اخضرارًا ، ومكملًا للخلايا الكهروضوئية الشمسية ذات الضوء المرئي.
أسرع مفتاح كهربائي ضوئي ممكن
إلى ماركوس أوسياندر, مارتن شولتز وزملاؤهم في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية و LMU ميونيخ في ألمانيا ؛ وجامعة فيينا للتكنولوجيا وجامعة غراتس للتكنولوجيا في النمسا ؛ ومعهد CNR NANOTEC لتقنية النانو في إيطاليا ، لصالح تحديد واستكشاف "حدود السرعة" للتبديل الإلكتروني البصري في جهاز مادي.
استخدم الفريق نبضات ليزر تدوم فقط فيمتوثانية واحدة (10-15 s) لتحويل عينة من مادة عازلة للكهرباء من حالة عازلة إلى حالة موصلة بالسرعة اللازمة لتحقيق مفتاح يعمل 1000 تريليون مرة في الثانية (بيتاهيرتز واحد). على الرغم من أن الجهاز بحجم الشقة المطلوب لتشغيل هذا المفتاح فائق السرعة يعني أنه لن يظهر في الأجهزة العملية في أي وقت قريب ، فإن النتائج تشير إلى حد أساسي لمعالجة الإشارات الكلاسيكية وتشير إلى أن الإلكترونيات الضوئية ذات الحالة الصلبة بيتاهيرتز ، من حيث المبدأ ، ممكنة .
فتح نافذة جديدة على الكون
إلى وكالة ناسا ووكالة الفضاء الكندية ووكالة الفضاء الأوروبية للنشر وأول صور من جيمس ويب تليسكوب الفضاء (JWST).
بعد سنوات من التأخير وارتفاعات التكلفة ، وصل مبلغ JWST إلى 10 مليارات دولار أطلقت أخيرا في 25 ديسمبر 2021. بالنسبة للعديد من المسابير الفضائية ، يعد الإطلاق هو أخطر جزء في المهمة ، ولكن كان على JWST أيضًا أن ينجو من سلسلة من مناورات تفريغ الفضاء السحيق الخطرة ، والتي تضمنت فتح مرآتها الأساسية 6.5 متر بالإضافة إلى نشرها حاجب شمس بحجم ملعب التنس.
قبل الإطلاق ، حدد المهندسون 344 إخفاقًا في "نقطة واحدة" كان من الممكن أن يعيق مهمة المرصد ، أو ما هو أسوأ من ذلك ، يجعله غير صالح للاستخدام. بشكل ملحوظ ، لم تتم مصادفة أي مشاكل وما يليها التكليف من أدوات العلوم في JWST ، سرعان ما بدأ المرصد في أخذ البيانات و التقاط صور مذهلة للكون.
تم الإعلان عن أول صورة لـ JWST من قبل الرئيس الأمريكي جو بايدن في حدث خاص في البيت الأبيض وتم إصدار العديد من الصور الرائعة منذ ذلك الحين. من المتوقع أن يعمل المرصد بشكل جيد في 2030 وهو بالفعل في طريقه لإحداث ثورة في علم الفلك.
أول علاج بالبروتون بتقنية FLASH
إلى إميلي دوجيرتي من جامعة سينسيناتي في الولايات المتحدة والمتعاونين العاملين في تجربة FAST-01 لأداء أول تجربة سريرية للعلاج الإشعاعي بالفلاش والاستخدام الأول من قبل الإنسان للعلاج بالبروتون بتقنية FLASH.
يعد العلاج الإشعاعي FLASH تقنية علاجية ناشئة يتم فيها توصيل الإشعاع بمعدلات جرعات عالية للغاية ، وهو نهج يُعتقد أنه يحافظ على الأنسجة السليمة بينما لا يزال يقضي على الخلايا السرطانية بشكل فعال. سيسمح استخدام البروتونات لتوصيل الإشعاع ذي معدل الجرعات العالية بعلاج الأورام الموجودة في أعماق الجسم.
تضمنت التجربة 10 مرضى يعانون من نقائل عظمية مؤلمة في أذرعهم وأرجلهم ، والذين تلقوا علاجًا واحدًا بالبروتون تم تسليمه بمعدل 40 غراي / ثانية أو أكثر - حوالي 1000 ضعف معدل جرعة العلاج الإشعاعي بالفوتون التقليدي. أظهر الفريق جدوى سير العمل السريري وأظهر أن العلاج بالبروتون FLASH كان فعالًا مثل العلاج الإشعاعي التقليدي لتخفيف الآلام ، دون التسبب في آثار جانبية غير متوقعة.
اتقان نقل الضوء وامتصاصه
لفريق بقيادة ستيفان روتر من جامعة فيينا التقنية النمساوية و ماتيو ديفي من جامعة رين في فرنسا لإنشاء هيكل مضاد للانعكاس يمكّن نقل مثالي من خلال وسائط معقدة؛ جنبًا إلى جنب مع التعاون برئاسة روتر و أوري كاتز من الجامعة العبرية في القدس في إسرائيل لتطوير "مضاد لليزر"التي تمكن أي مادة من امتصاص كل الضوء من مجموعة واسعة من الزوايا.
في التحقيق الأول ، صمم الباحثون طبقة مضادة للانعكاس تم تحسينها رياضيًا لتتناسب مع الطريقة التي تنعكس بها الموجات من السطح الأمامي لجسم ما. إن وضع هذا الهيكل أمام وسط غير منظم عشوائيًا يزيل الانعكاسات تمامًا ويجعل الكائن شفافًا لجميع موجات الضوء الواردة.
في الدراسة الثانية ، طور الفريق ممتصًا مثاليًا متماسكًا ، يعتمد على مجموعة من المرايا والعدسات ، والذي يحبس الضوء الوارد داخل تجويف. بسبب تأثيرات التداخل المحسوبة بدقة ، تتداخل الحزمة الساقطة مع الحزمة المنعكسة بين المرآتين ، بحيث تنطفئ الحزمة المنعكسة تمامًا تقريبًا.
زرنيخ البورون المكعب هو بطل أشباه الموصلات
لفرق مستقلة بقيادة عصابة تشن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة و Xinfeng ليو المركز الوطني لعلوم وتكنولوجيا النانو في بكين ، الصين لإظهار أن زرنيخ البورون المكعب هو أحد أفضل أشباه الموصلات المعروفة في العلم.
أجرت المجموعتان تجارب كشفت أن المناطق الصغيرة النقية من المادة لديها موصلية حرارية أعلى بكثير وحركة ثقوب أعلى بكثير من أشباه الموصلات مثل السيليكون ، الذي يشكل أساس الإلكترونيات الحديثة. تحد قابلية التنقل المنخفضة للسيليكون من السرعة التي تعمل بها أجهزة السيليكون ، بينما تؤدي الموصلية الحرارية المنخفضة إلى زيادة سخونة الأجهزة الإلكترونية.
في المقابل ، كان من المتوقع منذ فترة طويلة أن يتفوق زرنيخ البورون المكعب على السيليكون في هذه المقاييس ، لكن الباحثين كافحوا لإنشاء عينات بلورة مفردة كبيرة بما يكفي لقياس خصائصها. الآن ، ومع ذلك ، فقد تغلب كلا الفريقين الآن على هذا التحدي ، مما يقرب الاستخدام العملي لزرنيخيد البورون المكعب خطوة واحدة.
تغيير مدار الكويكب
إلى وكالة ناسا و جامعة جان هوبكنز معمل الفيزياء التطبيقية في الولايات المتحدة For المظاهرة الأولى "التأثير الحركي" عن طريق تغيير مدار الكويكب بنجاح.
تم إطلاقه في نوفمبر 2021أطلقت حملة اختبار إعادة توجيه الكويكب المزدوج كانت مركبة (DART) هي أول مهمة على الإطلاق للتحقيق في التأثير الحركي لكويكب. كان هدفه عبارة عن نظام كويكب ثنائي قريب من الأرض يتكون من جسم يبلغ قطره 160 مترًا يسمى ديمورفوس يدور حول كويكب أكبر يبلغ قطره 780 مترًا يسمى ديديموس.
بعد رحلة استغرقت 11 مليون كيلومتر إلى نظام الكويكبات ، نجحت DART في التأثير على ديمورفوس في أكتوبر أثناء السفر بسرعة 6 كم / ثانية. بعد أيام ، ناسا مؤكد أن DART نجحت في تغيير مدار Dimorphos بمقدار 32 دقيقة - واختصر المدار من 11 ساعة و 55 دقيقة إلى 11 ساعة و 23 دقيقة.
كان هذا التغيير أكبر بنحو 25 مرة من 73 ثانية التي حددتها وكالة ناسا على أنها الحد الأدنى من تغيير فترة المدار الناجحة. سيتم استخدام النتائج أيضًا لتقييم أفضل السبل لتطبيق تقنية التأثير الحركي للدفاع عن كوكبنا.
الكشف عن تأثير أهارونوف-بوم للجاذبية
إلى كريس أوفرستريت, بيتر أسينباوم, مارك كاسيفيتش وزملاؤهم في جامعة ستانفورد في الولايات المتحدة لاكتشاف تأثير أهارونوف-بوم للجاذبية.
كان تأثير أهارونوف-بوم الأصلي ، الذي تم التنبؤ به لأول مرة في عام 1949 ، ظاهرة كمومية حيث تتأثر وظيفة الموجة لجسيم مشحون بجهد كهربائي أو مغناطيسي حتى عندما يكون الجسيم في منطقة صفر من المجالات الكهربائية والمغناطيسية. منذ الستينيات ، لوحظ التأثير عن طريق تقسيم حزمة من الإلكترونات وإرسال حزمتين على جانبي منطقة تحتوي على مجال مغناطيسي محمي بالكامل. عندما يتم إعادة تجميع الحزم في كاشف ، يتم الكشف عن تأثير أهارونوف-بوم كتداخل بين الحزم.
الآن ، لاحظ علماء الفيزياء في جامعة ستانفورد أ نسخة الجاذبية من التأثير باستخدام ذرات شديدة البرودة. قام الفريق بتقسيم الذرات إلى مجموعتين تم فصلهما بحوالي 25 سم ، مع مجموعة واحدة تتفاعل جاذبيًا مع كتلة كبيرة. عند إعادة اتحادها ، أظهرت الذرات تداخلاً يتوافق مع تأثير أهارونوف-بوم للجاذبية. يمكن استخدام التأثير لتحديد ثابت الجاذبية لنيوتن بدقة عالية جدًا.
- تهانينا لجميع الفرق التي تم تكريمها - وترقبوا الفائز العام الذي سيتم الإعلان عنه يوم الأربعاء 14 ديسمبر 2022.
