Mundo de la física se complace en anunciar sus 10 avances principales del año para 2022, que abarcan desde física cuántica y médica hasta astronomía y materia condensada. El general Mundo de la física El avance del año se revelará el miércoles 14 de diciembre.
Los 10 avances fueron seleccionados por un panel de Mundo de la física editores, que revisaron cientos de actualizaciones de investigación publicadas en el sitio web este año en todos los campos de la física. Además de haber sido reportado en Mundo de la física en 2022, las selecciones deben cumplir con los siguientes criterios:
- Avance significativo en el conocimiento o la comprensión.
- Importancia del trabajo para el progreso científico y/o el desarrollo de aplicaciones del mundo real
- De interés general para Mundo de la física lectores
Los 10 principales avances para 2022 se enumeran a continuación sin ningún orden en particular. Vuelva la semana que viene para averiguar cuál ha embolsado el total Mundo de la física Premio a la revelación del año.
Marcando el comienzo de una nueva era para la química ultrafría
A bo zhao, Pan Jian-Wei y colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y la Academia de Ciencias de China en Beijing; e independientemente a John Doyle y colegas de la Universidad de Harvard en los EE. UU., por crear las primeras moléculas poliatómicas ultrafrías.
Aunque los físicos han estado enfriando átomos a una fracción por encima del cero absoluto durante más de 30 años, y las primeras moléculas diatómicas ultrafrías aparecieron a mediados de la década de 2000, el objetivo de hacer moléculas ultrafrías que contuvieran tres o más átomos había resultado difícil de alcanzar.
Usando técnicas diferentes y complementarias, los equipos de la USTC y Harvard produjeron muestras de moléculas triatómicas de sodio y potasio a 220 nK y hidróxido de sodio a 110 µK, respectivamente. Su logro allana el camino para nuevas investigaciones tanto en física como en química, con estudios de reacciones químicas ultrafrías, formas novedosas de simulación cuántica y pruebas de ciencia fundamental, todo más cerca de realizarse gracias a estas plataformas moleculares de múltiples átomos.
Observando el tetraneutrón
A Meytal Duer en el Instituto de Física Nuclear de la Universidad Técnica Alemana de Darmstadt y el resto de la Colaboración SAMURAI para observando el tetraneutrón y mostrando que existe materia nuclear sin carga, aunque sea por muy poco tiempo.
Compuesto por cuatro neutrones, el tetraneutrón fue visto en la fábrica de haces de iones radiactivos del Centro RIKEN Nishina en Japón. Los tetraneutrones se crearon disparando núcleos de helio-8 a un objetivo de hidrógeno líquido. Las colisiones pueden dividir un núcleo de helio-8 en una partícula alfa (dos protones y dos neutrones) y un tetraneutrón.
Al detectar las partículas alfa y los núcleos de hidrógeno en retroceso, el equipo descubrió que los cuatro neutrones existieron en un estado de tetraneutrón libre durante solo 10-22 s. La significación estadística de la observación es superior a 5σ, lo que la sitúa por encima del umbral de un descubrimiento en física de partículas. El equipo ahora planea estudiar los neutrones individuales dentro de los tetraneutrones y buscar nuevas partículas que contengan seis y ocho neutrones.
Generación de electricidad súper eficiente
A Alina La Potin, Enrique Asegún y colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts y del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU., por construir una celda termofotovoltaica (TPV) con una eficiencia superior al 40%.
La nueva celda TPV es el primer motor térmico de estado sólido de cualquier tipo que convierte la luz infrarroja en energía eléctrica de manera más eficiente que un generador de turbina, y puede operar con una amplia gama de posibles fuentes de calor. Estos incluyen sistemas de almacenamiento de energía térmica, radiación solar (a través de un absorbedor de radiación intermedio) y calor residual, así como reacciones o combustión nucleares. Por lo tanto, el dispositivo podría convertirse en un componente importante de una red eléctrica más limpia y ecológica, y en un complemento de las células solares fotovoltaicas de luz visible.
El interruptor optoelectrónico más rápido posible
A marcus osiander, Martín Schultze y colegas del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y LMU Munich en Alemania; la Universidad Tecnológica de Viena y la Universidad Tecnológica de Graz en Austria; y el Instituto de Nanotecnología CNR NANOTEC de Italia, por definir y explorar los "límites de velocidad" de la conmutación optoelectrónica en un dispositivo físico.
El equipo usó pulsos de láser que duraban solo un femtosegundo (10-15 s) para cambiar una muestra de un material dieléctrico de un estado aislante a uno conductor a la velocidad necesaria para realizar un interruptor que opera 1000 billones de veces por segundo (un petahercio). Aunque el aparato del tamaño de un apartamento necesario para accionar este interruptor súper rápido significa que no aparecerá en dispositivos prácticos en el corto plazo, los resultados implican un límite fundamental para el procesamiento de señales clásico y sugieren que la optoelectrónica de estado sólido de petahercios es, en principio, factible. .
Abriendo una nueva ventana al universo
A la NASA, la Agencia Espacial Canadiense y la Agencia Espacial Europea para el despliegue y primeras imágenes de la Telescopio espacial James Webb (JWST).
Después de años de retrasos y aumentos de costos, el JWST de $ 10 mil millones finalmente lanzado el 25 de diciembre de 2021. Para muchas sondas espaciales, el lanzamiento es la parte más peligrosa de la misión, pero el JWST también tuvo que sobrevivir a una serie de peligrosas maniobras de desembalaje en el espacio profundo, que implicaron desplegar su espejo primario de 6.5 m y desplegar su parasol del tamaño de una cancha de tenis.
Antes del lanzamiento, los ingenieros identificaron 344 fallas de "punto único" que podrían haber obstaculizado la misión del observatorio o, lo que es peor, dejarlo inutilizable. Sorprendentemente, no se encontraron problemas y después la puesta en marcha de los instrumentos científicos del JWST, el observatorio pronto comenzó a tomar datos y capturar imágenes espectaculares del cosmos.
La primera imagen del JWST fue anunciada por el presidente de EE. UU. Joe Biden en un evento especial en la Casa Blanca y desde entonces se han publicado muchas imágenes deslumbrantes. Se espera que el observatorio opere hasta bien entrada la década de 2030 y ya está en camino de revolucionar la astronomía.
Primera terapia de protones FLASH en humanos
A emily daugherty de la Universidad de Cincinnati en los EE. UU. y colaboradores que trabajan en el Ensayo FAST-01 por realizar el primer ensayo clínico de radioterapia FLASH y el primer uso en humanos de la terapia de protones FLASH.
La radioterapia FLASH es una técnica de tratamiento emergente en la que la radiación se administra a tasas de dosis ultraaltas, un enfoque que se cree que protege el tejido sano y al mismo tiempo destruye las células cancerosas de manera efectiva. El uso de protones para administrar la radiación de tasa de dosis ultra alta permitirá el tratamiento de tumores ubicados en el interior del cuerpo.
El ensayo incluyó a 10 pacientes con metástasis óseas dolorosas en brazos y piernas, que recibieron un tratamiento de un solo protón administrado a 40 Gy/s o más, unas 1000 veces la tasa de dosis de la radioterapia de fotones convencional. El equipo demostró la viabilidad del flujo de trabajo clínico y demostró que la terapia de protones FLASH era tan eficaz como la radioterapia convencional para el alivio del dolor, sin causar efectos secundarios inesperados.
Perfeccionamiento de la transmisión y absorción de la luz.
A un equipo dirigido por Stefan rotter de la Universidad Técnica de Viena de Austria y Matthieu Davy de la Universidad de Rennes en Francia por crear una estructura antirreflectante que permite transmisión perfecta a través de medios complejos; junto con una colaboración encabezada por Rotter y ori katz de la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel, por desarrollar un “anti-láser” que permite que cualquier material absorba toda la luz desde una amplia gama de ángulos.
En la primera investigación, los investigadores diseñaron una capa antirreflectante matemáticamente optimizada para que coincida con la forma en que las ondas se reflejarían en la superficie frontal de un objeto. Colocar esta estructura frente a un medio desordenado al azar elimina por completo los reflejos y hace que el objeto sea translúcido a todas las ondas de luz entrantes.
En el segundo estudio, el equipo desarrolló un absorbente perfecto coherente, basado en un conjunto de espejos y lentes, que atrapa la luz entrante dentro de una cavidad. Debido a los efectos de interferencia calculados con precisión, el haz incidente interfiere con el haz reflejado entre los espejos, de modo que el haz reflejado se extingue casi por completo.
El arseniuro de boro cúbico es un semiconductor campeón
A equipos independientes liderados por cuadrilla chen en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en los Estados Unidos y Xinfeng-liu del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología de Beijing, China, por demostrar que el arseniuro de boro cúbico es uno de los mejores semiconductores conocidos por la ciencia.
Los dos grupos realizaron experimentos que revelaron que las regiones pequeñas y puras del material tienen una conductividad térmica y una movilidad de huecos mucho más altas que los semiconductores como el silicio, que constituye la base de la electrónica moderna. La movilidad de orificio bajo del silicio limita la velocidad a la que funcionan los dispositivos de silicio, mientras que su baja conductividad térmica hace que los dispositivos electrónicos se sobrecalienten.
Por el contrario, se había predicho durante mucho tiempo que el arseniuro de boro cúbico superaría al silicio en estas medidas, pero los investigadores habían luchado para crear muestras monocristalinas del material lo suficientemente grandes como para medir sus propiedades. Ahora, sin embargo, ambos equipos han superado este desafío, acercando un paso más el uso práctico del arseniuro de boro cúbico.
Cambiar la órbita de un asteroide
a la NASA y del Johns Hopkins Laboratorio de Física Aplicada en los EE. UU. para la primera demostración de "impacto cinético" al cambiar con éxito la órbita de un asteroide.
Lanzado en noviembre de 2021, la Prueba de redireccionamiento de doble asteroide (DART) fue la primera misión en investigar el impacto cinético de un asteroide. Su objetivo era un sistema binario de asteroides cercano a la Tierra que consiste en un cuerpo de 160 metros de diámetro llamado Dimorphos que orbita un asteroide más grande de 780 metros de diámetro llamado Didymos.
Tras un viaje de 11 millones de kilómetros hasta el sistema de asteroides, en octubre, DART impactó con éxito en Dimorphos mientras viajaba a unos 6 km/s. Días después, la NASA confirmado que DART había alterado con éxito la órbita de Dimorphos en 32 minutos, acortando la órbita de 11 horas y 55 minutos a 11 horas y 23 minutos.
Este cambio fue unas 25 veces mayor que los 73 segundos que la NASA había definido como un cambio de período de órbita mínimo exitoso. Los resultados también se utilizarán para evaluar la mejor manera de aplicar la técnica del impacto cinético para defender nuestro planeta.
Detección de un efecto Aharonov-Bohm para la gravedad
A chris overstreet, Pedro Asenbaum, marca kasevich y colegas de la Universidad de Stanford en los EE. UU. por detectar un efecto Aharonov-Bohm para la gravedad.
Predicho por primera vez en 1949, el efecto Aharonov-Bohm original es un fenómeno cuántico por el cual la función de onda de una partícula cargada se ve afectada por un potencial eléctrico o magnético incluso cuando la partícula se encuentra en una región de cero campos eléctricos y magnéticos. Desde la década de 1960, el efecto se ha observado dividiendo un haz de electrones y enviando los dos haces a ambos lados de una región que contiene un campo magnético completamente protegido. Cuando los haces se recombinan en un detector, el efecto Aharonov-Bohm se revela como una interferencia entre los haces.
Ahora, los físicos de Stanford han observado una versión gravitacional del efecto utilizando átomos ultrafríos. El equipo dividió los átomos en dos grupos que estaban separados por unos 25 cm, con un grupo interactuando gravitacionalmente con una gran masa. Cuando se recombinaron, los átomos mostraron una interferencia que es consistente con un efecto Aharonov-Bohm para la gravedad. El efecto podría usarse para determinar la constante gravitacional de Newton con una precisión muy alta.
- Felicitaciones a todos los equipos que han sido honrados y estén atentos al ganador general, que se anunciará el miércoles 14 de diciembre de 2022.
