دنیای فیزیک خوشحال است که 10 موفقیت برتر سال خود را برای سال 2022 اعلام کند که همه چیز را از فیزیک کوانتومی و پزشکی گرفته تا نجوم و ماده متراکم را در بر می گیرد. در کل دنیای فیزیک موفقیت سال در روز چهارشنبه 14 دسامبر مشخص خواهد شد.
10 پیشرفت توسط یک هیئت انتخاب شدند دنیای فیزیک ویراستاران، که صدها به‌روزرسانی تحقیقاتی منتشر شده در وب‌سایت امسال را در تمام زمینه‌های فیزیک بررسی کردند. علاوه بر گزارش در دنیای فیزیک در سال 2022، انتخاب ها باید معیارهای زیر را داشته باشند:
- پیشرفت قابل توجه در دانش یا درک
- اهمیت کار برای پیشرفت علمی و/یا توسعه برنامه های کاربردی در دنیای واقعی
- مورد علاقه عمومی است دنیای فیزیک خوانندگان
10 پیشرفت برتر برای سال 2022 بدون ترتیب خاصی در زیر فهرست شده است. هفته آینده برگردید تا بفهمید کدام یک کل کالا را خوب کرده است دنیای فیزیک جایزه موفقیت سال.
آغاز عصر جدیدی برای شیمی فوق سرد
به بو ژائو, جیان وی پان و همکاران در دانشگاه علم و صنعت چین (USTC) و آکادمی علوم چین در پکن؛ و به طور مستقل به جان دویل و همکارانش در دانشگاه هاروارد در ایالات متحده برای ایجاد اولین مولکول های چند اتمی فوق سرد.
اگرچه فیزیکدانان بیش از 30 سال است که اتم ها را تا کسری بالاتر از صفر مطلق خنک می کنند و اولین مولکول های دو اتمی فوق سرد در اواسط دهه 2000 ظاهر شدند، اما هدف از ساخت مولکول های فوق سرد حاوی سه یا بیشتر اتم دست نیافتنی بود.
تیم‌های USTC و هاروارد با استفاده از تکنیک‌های مختلف و مکمل، نمونه‌هایی از آن را تولید کردند مولکول های سدیم-پتاسیم سه اتمی در 220 nK و هیدروکسید سدیم به ترتیب 110 μK. دستاورد آنها راه را برای تحقیقات جدید هم در فیزیک و هم در شیمی، با مطالعات واکنش های شیمیایی فوق سرد، اشکال جدید شبیه سازی کوانتومی، و آزمایش های علوم بنیادی که به لطف این پلتفرم های مولکولی چند اتمی به تحقق نزدیک تر شده اند، هموار می کند.
مشاهده تترنوترون
به میتال دوئر در موسسه فیزیک هسته ای در دانشگاه فنی دارمشتات آلمان و بقیه همکاری سامورایی برای مشاهده تترنوترون و نشان می دهد که ماده هسته ای بدون بار وجود دارد، حتی برای مدت بسیار کوتاهی.
این تترانوترون متشکل از چهار نوترون در کارخانه پرتو یون رادیواکتیو مرکز RIKEN Nishina در ژاپن مشاهده شد. تترنوترون ها با شلیک هسته های هلیوم 8 به سمت هدفی از هیدروژن مایع ایجاد شدند. این برخوردها می تواند یک هسته هلیوم 8 را به یک ذره آلفا (دو پروتون و دو نوترون) و یک تترنوترون تقسیم کند.
با شناسایی ذرات آلفا و هسته های هیدروژن در حال پس زدن، تیم بررسی کردند که این چهار نوترون در یک حالت تترنوترون غیرمحدود فقط برای 10 وجود داشتند.-22 س اهمیت آماری مشاهدات بیشتر از 5σ است، که آن را بیش از آستانه کشف در فیزیک ذرات قرار می دهد. این تیم اکنون قصد دارد تک تک نوترون های درون تترنوترون ها را مطالعه کند و به دنبال ذرات جدید حاوی شش و هشت نوترون باشد.
تولید برق فوق العاده کارآمد
به آلینا لاپوتین, آسگون هنری و همکارانش در موسسه فناوری ماساچوست و آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر، ایالات متحده، برای ساخت سلول ترموفوولتائیک (TPV) با راندمان بیش از 40 درصد.
سلول جدید TPV اولین موتور حرارتی حالت جامد از هر نوعی است که نور مادون قرمز را به انرژی الکتریکی با کارایی بیشتری نسبت به ژنراتورهای مبتنی بر توربین تبدیل می‌کند و می‌تواند با طیف وسیعی از منابع حرارتی ممکن کار کند. اینها شامل سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی حرارتی، تابش خورشیدی (از طریق یک جاذب تابش میانی) و گرمای اتلاف و همچنین واکنش‌های هسته‌ای یا احتراق می‌شوند. بنابراین این دستگاه می‌تواند جزء مهمی از یک شبکه برق پاک‌تر و سبزتر و مکمل سلول‌های فتوولتائیک خورشیدی با نور مرئی باشد.
سریعترین سوئیچ اپتوالکترونیک ممکن
به مارکوس اوسیاندر, مارتین شولتزه و همکاران در موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی و LMU مونیخ در آلمان؛ دانشگاه صنعتی وین و دانشگاه صنعتی گراتس در اتریش؛ و موسسه نانوتکنولوژی CNR NANOTEC در ایتالیا، برای تعریف و بررسی "محدودیت های سرعت" سوئیچینگ نوری در یک دستگاه فیزیکی
این تیم از پالس های لیزری استفاده کرد که تنها یک فمتوثانیه (10-15 s) برای تغییر یک نمونه از یک ماده دی الکتریک از حالت عایق به حالت رسانا با سرعت مورد نیاز برای تحقق کلیدی که 1000 تریلیون بار در ثانیه کار می کند (یک پتاهرتز). اگرچه دستگاه اندازه آپارتمان مورد نیاز برای راه اندازی این سوئیچ فوق سریع به این معنی است که به این زودی در دستگاه های عملی ظاهر نمی شود، نتایج حاکی از یک محدودیت اساسی برای پردازش سیگنال کلاسیک است و نشان می دهد که اپتوالکترونیک حالت جامد پتاهرتز، در اصل، امکان پذیر است. .
گشودن پنجره ای جدید در جهان
به ناسا، آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی اروپا برای استقرار و اولین تصاویر از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST).
پس از سالها تاخیر و افزایش هزینه، 10 میلیارد دلار JWST بالاخره راه اندازی شد در 25 دسامبر 2021. برای بسیاری از کاوشگرهای فضایی، پرتاب خطرناک ترین بخش ماموریت است، اما JWST همچنین باید از یک سری مانورهای خطرناک باز کردن بسته بندی در اعماق فضا جان سالم به در می برد که شامل باز کردن آینه اصلی 6.5 متری و همچنین باز کردن آن می شد. آفتابگیر به اندازه زمین تنیس.
قبل از پرتاب، مهندسان 344 شکست "تک نقطه ای" را شناسایی کردند که می توانست ماموریت رصدخانه را مختل کند، یا بدتر از آن، آن را غیرقابل استفاده کند. قابل توجه است که هیچ مشکلی پیش نیامد و دنبال شد راه اندازی از ابزارهای علمی JWST، رصدخانه به زودی شروع به گرفتن داده ها کرد و ثبت تصاویر دیدنی از کیهان.
اولین تصویر JWST توسط جو بایدن رئیس جمهور ایالات متحده در یک رویداد ویژه در کاخ سفید اعلام شد و از آن زمان تاکنون تصاویر خیره کننده زیادی منتشر شده است. انتظار می‌رود این رصدخانه تا دهه 2030 به خوبی فعالیت کند و در حال حاضر در مسیر ایجاد انقلابی در نجوم است.
اولین درمان با پروتون FLASH در انسان
به امیلی دوگرتی از دانشگاه سینسیناتی در ایالات متحده و همکارانی که روی آن کار می کنند آزمایشی FAST-01 برای انجام اولین کارآزمایی بالینی پرتودرمانی FLASH و اولین استفاده از پروتون درمانی FLASH در انسان.
رادیوتراپی فلش یک روش درمانی نوظهور است که در آن پرتو با دوز بسیار بالا ارسال می‌شود، رویکردی که تصور می‌شود بافت سالم را در امان نگه می‌دارد و در عین حال به طور موثر سلول‌های سرطانی را می‌کشد. استفاده از پروتون ها برای ارسال تابش با دوز فوق العاده بالا، امکان درمان تومورهای واقع در اعماق بدن را فراهم می کند.
این کارآزمایی شامل 10 بیمار مبتلا به متاستازهای استخوانی دردناک در بازوها و پاهایشان بود که یک پروتون درمانی را با سرعت 40 گری در ثانیه یا بیشتر دریافت کردند - حدود 1000 برابر میزان دوز رادیوتراپی فوتون معمولی. این تیم امکان سنجی گردش کار بالینی را نشان داد و نشان داد که پروتون درمانی FLASH به اندازه رادیوتراپی معمولی برای تسکین درد موثر است، بدون اینکه عوارض جانبی غیرمنتظره ای ایجاد کند.
انتقال و جذب کامل نور
به تیمی که توسط استفان روتر از دانشگاه فنی وین اتریش و متیو دیوی از دانشگاه رن فرانسه برای ایجاد یک ساختار ضد انعکاس که قادر می سازد انتقال کامل از طریق رسانه های پیچیده; همراه با همکاری به رهبری Rotter و اوری کاتز از دانشگاه عبری اورشلیم در اسرائیل، برای توسعه "ضد لیزر” که هر ماده ای را قادر می سازد تا تمام نور را از طیف وسیعی از زوایای جذب کند.
در اولین تحقیق، محققان یک لایه ضد انعکاس طراحی کردند که از نظر ریاضی بهینه شده است تا با نحوه انعکاس امواج از سطح جلویی یک جسم مطابقت داشته باشد. قرار دادن این ساختار در مقابل یک محیط به طور تصادفی بی نظم، انعکاس ها را کاملاً از بین می برد و جسم را نسبت به تمام امواج نور ورودی شفاف می کند.
در مطالعه دوم، تیم یک جاذب کامل منسجم، مبتنی بر مجموعه‌ای از آینه‌ها و عدسی‌ها را توسعه داد که نور ورودی را در داخل یک حفره به دام می‌اندازد. با توجه به اثرات تداخل دقیق محاسبه شده، پرتو فرودی با پرتو بازتاب شده بین آینه ها تداخل می کند، به طوری که پرتو بازتاب شده تقریباً به طور کامل خاموش می شود.
آرسنید بور مکعبی یک نیمه هادی قهرمان است
به تیم های مستقل به رهبری باند چن در موسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده و شین فنگ لیو مرکز ملی علوم و فناوری نانو در پکن، چین برای نشان دادن اینکه آرسنید بور مکعبی است یکی از بهترین نیمه هادی های شناخته شده برای علم.
این دو گروه آزمایش‌هایی انجام دادند که نشان داد مناطق کوچک و خالص این ماده رسانایی گرمایی و تحرک سوراخ بسیار بالاتری نسبت به نیمه‌رساناهایی مانند سیلیکون دارند که اساس الکترونیک مدرن را تشکیل می‌دهند. تحرک کم سوراخ سیلیکون سرعت عملکرد دستگاه های سیلیکونی را محدود می کند، در حالی که رسانایی حرارتی پایین آن باعث گرم شدن بیش از حد دستگاه های الکترونیکی می شود.
در مقابل، مدت‌ها پیش‌بینی می‌شد که آرسنید بور مکعبی در این معیارها بهتر از سیلیکون عمل کند، اما محققان تلاش کردند تا نمونه‌های تک بلوری بزرگی از این ماده برای اندازه‌گیری خواص آن ایجاد کنند. با این حال، اکنون هر دو تیم اکنون بر این چالش غلبه کرده‌اند و استفاده عملی از آرسنید بور مکعبی را یک قدم نزدیک‌تر کرده‌اند.
تغییر مدار یک سیارک
به ناسا و جان هاپکینز آزمایشگاه فیزیک کاربردی در ایالات متحده برای اولین تظاهرات تاثیر جنبشی با تغییر موفقیت آمیز مدار یک سیارک.
در نوامبر 2021 راه اندازی شداز آزمون تغییر جهت دو سیارک فضاپیمای (DART) اولین مأموریتی بود که برای بررسی برخورد جنبشی یک سیارک انجام شد. هدف آن یک منظومه سیارکی دوتایی نزدیک به زمین بود که از جسمی به قطر 160 متر به نام دیمورفوس تشکیل شده بود که به دور سیارکی بزرگتر به قطر 780 متر به نام دیدیموس می چرخد.
پس از یک سفر 11 میلیون کیلومتری به منظومه سیارکی، در ماه اکتبر، DART در حالی که با سرعت حدود 6 کیلومتر بر ثانیه در حال حرکت بود، با موفقیت به Dimorphos برخورد کرد. چند روز بعد، ناسا تایید شده که DART با موفقیت مدار Dimorphos را 32 دقیقه تغییر داده است - و مدار را از 11 ساعت و 55 دقیقه به 11 ساعت و 23 دقیقه کاهش داده است.
این تغییر 25 برابر بیشتر از 73 ثانیه ای بود که ناسا به عنوان حداقل تغییر موفقیت آمیز دوره مداری تعریف کرده بود. نتایج همچنین برای ارزیابی بهترین روش استفاده از تکنیک ضربه جنبشی برای دفاع از سیاره ما استفاده خواهد شد.
تشخیص اثر آهارونوف-بوم برای گرانش
به کریس اورستریت, پیتر آسنباوم, مارک کاسویچ و همکارانش در دانشگاه استنفورد در ایالات متحده برای تشخیص اثر آهارونوف-بوم برای گرانش.
اولین بار در سال 1949 پیش بینی شد، اثر اصلی آهارونوف-بوم یک پدیده کوانتومی است که به موجب آن تابع موج یک ذره باردار تحت تأثیر یک پتانسیل الکتریکی یا مغناطیسی قرار می گیرد، حتی زمانی که ذره در ناحیه ای با میدان های الکتریکی و مغناطیسی صفر باشد. از دهه 1960، این اثر با شکافتن پرتوی الکترون و ارسال دو پرتو به دو طرف ناحیه حاوی یک میدان مغناطیسی کاملاً محافظت شده مشاهده شده است. هنگامی که پرتوها در یک آشکارساز دوباره ترکیب می شوند، اثر Aharonov-Bohm به عنوان تداخل بین پرتوها آشکار می شود.
در حال حاضر، فیزیکدانان استنفورد مشاهده کرده اند نسخه گرانشی اثر با استفاده از اتم های فوق سرد این تیم اتم ها را به دو گروه تقسیم کرد که حدود 25 سانتی متر از هم جدا شدند و یک گروه به صورت گرانشی با یک جرم بزرگ برهم کنش داشت. هنگامی که دوباره ترکیب شدند، اتم ها تداخلی را نشان دادند که با اثر آهارونوف-بوم برای گرانش سازگار است. از این اثر می توان برای تعیین ثابت گرانشی نیوتن با دقت بسیار بالا استفاده کرد.
- به همه تیم‌هایی که مورد تقدیر قرار گرفته‌اند تبریک می‌گوییم - و منتظر برنده کلی باشید که در چهارشنبه ۱۴ دسامبر ۲۰۲۲ اعلام می‌شود.
