Monde de la physique est ravi d'annoncer son top 10 des percées de l'année pour 2022, qui couvrent tout, de la physique quantique et médicale à l'astronomie et à la matière condensée. L'ensemble Monde de la physique La percée de l'année sera dévoilée le mercredi 14 décembre.
Les 10 Percées ont été sélectionnées par un panel de Monde de la physique éditeurs, qui ont passé au crible des centaines de mises à jour de recherche publiées sur le site Web cette année dans tous les domaines de la physique. En plus d'avoir été signalé dans Monde de la physique en 2022, les sélections doivent répondre aux critères suivants :
- Avancée significative dans la connaissance ou la compréhension
- Importance du travail pour le progrès scientifique et/ou le développement d'applications dans le monde réel
- D'intérêt général pour Monde de la physique lecteurs
Les 10 meilleures avancées pour 2022 sont répertoriées ci-dessous sans ordre particulier. Revenez la semaine prochaine pour savoir lequel a remporté le classement général Monde de la physique Prix de la percée de l'année.
Une nouvelle ère pour la chimie ultra-froide
À Bo Zhao, Pan Jian-Wei et ses collègues de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) et de l'Académie chinoise des sciences de Pékin ; et indépendamment pour John Doyle et ses collègues de l'Université de Harvard aux États-Unis, pour avoir créé les premières molécules polyatomiques ultra-froides.
Bien que les physiciens refroidissent les atomes à une fraction au-dessus du zéro absolu depuis plus de 30 ans et que les premières molécules diatomiques ultra-froides soient apparues au milieu des années 2000, l'objectif de fabriquer des molécules ultra-froides contenant trois atomes ou plus s'était avéré insaisissable.
Utilisant des techniques différentes et complémentaires, les équipes de l'USTC et de Harvard ont produit des échantillons de molécules triatomiques sodium-potassium à 220 nK et hydroxyde de sodium à 110 µK, respectivement. Leur réalisation ouvre la voie à de nouvelles recherches en physique et en chimie, avec des études de réactions chimiques ultra-froides, de nouvelles formes de simulation quantique et des tests de science fondamentale tous plus proches d'être réalisés grâce à ces plateformes moléculaires multi-atomes.
Observer le tétraneutron
À Meytal Duer à l'Institut de physique nucléaire de l'Université technique allemande de Darmstadt et le reste du Collaboration SAMURAI en observer le tétraneutron et montrant que la matière nucléaire non chargée existe, ne serait-ce que pour un temps très court.
Composé de quatre neutrons, le tétraneutron a été repéré à l'usine de faisceaux d'ions radioactifs du RIKEN Nishina Center au Japon. Les tétraneutrons ont été créés en lançant des noyaux d'hélium-8 sur une cible d'hydrogène liquide. Les collisions peuvent diviser un noyau d'hélium-8 en une particule alpha (deux protons et deux neutrons) et un tétraneutron.
En détectant les particules alpha et les noyaux d'hydrogène en recul, l'équipe a découvert que les quatre neutrons existaient dans un état tétraneutron non lié pendant seulement 10-22 s. La signification statistique de l'observation est supérieure à 5σ, ce qui la place au-dessus du seuil d'une découverte en physique des particules. L'équipe prévoit maintenant d'étudier les neutrons individuels dans les tétraneutrons et de rechercher de nouvelles particules contenant six et huit neutrons.
Production d'électricité super efficace
À Alina La Potin, Asegun Henry et ses collègues du Massachusetts Institute of Technology et du National Renewable Energy Laboratory, aux États-Unis, pour construire une cellule thermophotovoltaïque (TPV) avec un rendement supérieur à 40%.
La nouvelle cellule TPV est le premier moteur thermique à semi-conducteurs de tout type à convertir la lumière infrarouge en énergie électrique plus efficacement qu'un générateur à turbine, et il peut fonctionner avec une large gamme de sources de chaleur possibles. Il s'agit notamment des systèmes de stockage d'énergie thermique, du rayonnement solaire (via un absorbeur de rayonnement intermédiaire) et de la chaleur perdue ainsi que des réactions nucléaires ou de la combustion. Le dispositif pourrait donc devenir un élément important d'un réseau électrique plus propre et plus vert, et un complément aux cellules solaires photovoltaïques à lumière visible.
Le commutateur optoélectronique le plus rapide possible
À Marcus Ossiander, Martin Schultze et ses collègues de l'Institut Max Planck d'optique quantique et du LMU Munich en Allemagne ; l'Université de technologie de Vienne et l'Université de technologie de Graz en Autriche ; et le CNR NANOTEC Institute of Nanotechnology en Italie, pour définir et explorer les « limites de vitesse » de la commutation optoélectronique dans un appareil physique.
L'équipe a utilisé des impulsions laser d'une durée d'une femtoseconde (10-15 s) pour faire passer un échantillon d'un matériau diélectrique d'un état isolant à un état conducteur à la vitesse nécessaire pour réaliser un interrupteur qui fonctionne 1000 trillions de fois par seconde (un pétahertz). Bien que l'appareil de la taille d'un appartement requis pour piloter ce commutateur ultra-rapide signifie qu'il n'apparaîtra pas dans les dispositifs pratiques de si tôt, les résultats impliquent une limite fondamentale pour le traitement classique du signal et suggèrent que l'optoélectronique à semi-conducteurs pétahertz est, en principe, faisable .
Ouvrir une nouvelle fenêtre sur l'univers
À la NASA, l'Agence spatiale canadienne et l'Agence spatiale européenne pour le déploiement et les premières images du Télescope spatial James Webb (JWST).
Après des années de retards et de hausses de coûts, le JWST de 10 milliards de dollars enfin lancé le 25 décembre 2021. Pour de nombreuses sondes spatiales, le lancement est la partie la plus dangereuse de la mission, mais le JWST a également dû survivre à une série de manœuvres de déballage dangereuses dans l'espace lointain, qui impliquaient de déplier son miroir primaire de 6.5 m ainsi que de déployer son pare-soleil de la taille d'un court de tennis.
Avant le lancement, les ingénieurs ont identifié 344 pannes "en un seul point" qui auraient pu entraver la mission de l'observatoire, ou pire, le rendre inutilisable. Remarquablement, aucun problème n'a été rencontré et après la mise en service des instruments scientifiques du JWST, l'observatoire a rapidement commencé à recueillir des données et capturer des images spectaculaires du cosmos.
La première photo du JWST a été annoncée par le président américain Joe Biden lors d'un événement spécial à la Maison Blanche et de nombreuses images éblouissantes ont depuis été publiées. L'observatoire devrait fonctionner jusque dans les années 2030 et est déjà en passe de révolutionner l'astronomie.
Première protonthérapie FLASH chez l'homme
À Emily Fille de l'Université de Cincinnati aux États-Unis et des collaborateurs travaillant sur le Essai FAST-01 pour effectuer la premier essai clinique de radiothérapie FLASH et la première utilisation humaine de la protonthérapie FLASH.
La radiothérapie FLASH est une technique de traitement émergente dans laquelle le rayonnement est délivré à des débits de dose ultra-élevés, une approche censée épargner les tissus sains tout en tuant efficacement les cellules cancéreuses. L'utilisation de protons pour délivrer le rayonnement à ultra-haut débit de dose permettra le traitement de tumeurs situées profondément à l'intérieur du corps.
L'essai a inclus 10 patients présentant des métastases osseuses douloureuses dans les bras et les jambes, qui ont reçu un seul traitement par protons délivré à 40 Gy/s ou plus, soit environ 1000 fois le débit de dose de la radiothérapie photonique conventionnelle. L'équipe a démontré la faisabilité du flux de travail clinique et a montré que la protonthérapie FLASH était aussi efficace que la radiothérapie conventionnelle pour soulager la douleur, sans provoquer d'effets secondaires inattendus.
Perfectionner la transmission et l'absorption de la lumière
A une équipe dirigée par Stéphane Rotter de l'Université technique autrichienne de Vienne et Matthieu Davy de l'Université de Rennes en France pour la création d'une structure antireflet qui permet transmission parfaite à travers des médias complexes; ainsi qu'une collaboration dirigée par Rotter et Ori Katz de l'Université hébraïque de Jérusalem en Israël, pour avoir développé un «anti-laser” qui permet à n'importe quel matériau d'absorber toute la lumière sous un large éventail d'angles.
Dans la première enquête, les chercheurs ont conçu une couche anti-reflet optimisée mathématiquement pour correspondre à la façon dont les ondes se refléteraient sur la surface avant d'un objet. Placer cette structure devant un milieu désordonné de manière aléatoire élimine complètement les réflexions et rend l'objet translucide à toutes les ondes lumineuses entrantes.
Dans la deuxième étude, l'équipe a développé un absorbeur parfait cohérent, basé sur un ensemble de miroirs et de lentilles, qui piège la lumière entrante à l'intérieur d'une cavité. En raison d'effets d'interférence calculés avec précision, le faisceau incident interfère avec le faisceau réfléchi entre les miroirs, de sorte que le faisceau réfléchi est presque complètement éteint.
L'arséniure de bore cubique est un champion des semi-conducteurs
Aux équipes indépendantes dirigées par Gang Chen au Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis et Liu Xinfeng du Centre national des nanosciences et de la technologie à Pékin, en Chine, pour avoir montré que l'arséniure de bore cubique est l'un des meilleurs semi-conducteurs connus de la science.
Les deux groupes ont fait des expériences qui ont révélé que de petites régions pures du matériau ont une conductivité thermique et une mobilité des trous beaucoup plus élevées que les semi-conducteurs tels que le silicium, qui constitue la base de l'électronique moderne. La faible mobilité des trous du silicium limite la vitesse à laquelle les dispositifs en silicium fonctionnent, tandis que sa faible conductivité thermique provoque une surchauffe des dispositifs électroniques.
On prévoyait depuis longtemps que l'arséniure de bore cubique surpasserait le silicium sur ces mesures, mais les chercheurs avaient eu du mal à créer des échantillons monocristallins suffisamment grands du matériau pour mesurer ses propriétés. Aujourd'hui, cependant, les deux équipes ont maintenant surmonté ce défi, rapprochant l'utilisation pratique de l'arséniure de bore cubique.
Changer l'orbite d'un astéroïde
À la NASA et par Johns Hopkins Laboratoire de physique appliquée aux États-Unis en la première manifestation de "l'impact cinétique" en réussissant à changer l'orbite d'un astéroïde.
Lancé en novembre 2021, Test de redirection d'astéroïdes double (DART) a été la toute première mission à étudier l'impact cinétique d'un astéroïde. Sa cible était un système binaire d'astéroïdes géocroiseurs composé d'un corps de 160 mètres de diamètre appelé Dimorphos qui orbite autour d'un plus grand astéroïde de 780 mètres de diamètre appelé Didymos.
Après un voyage de 11 millions de kilomètres vers le système d'astéroïdes, en octobre, DART a percuté avec succès Dimorphos alors qu'il se déplaçait à environ 6 km/s. Quelques jours plus tard, la NASA confirmé que DART avait réussi à modifier l'orbite du Dimorphos de 32 minutes - raccourcissant l'orbite de 11 heures et 55 minutes à 11 heures et 23 minutes.
Ce changement était environ 25 fois supérieur aux 73 secondes que la NASA avait définies comme un changement minimum de période d'orbite réussie. Les résultats seront également utilisés pour évaluer la meilleure façon d'appliquer la technique de l'impact cinétique pour la défense de notre planète.
Détection d'un effet Aharonov-Bohm pour la gravité
À Chris Overstreet, Pierre Asenbaum, Mark Kasevitch et des collègues de l'Université de Stanford aux États-Unis pour avoir détecté un effet Aharonov-Bohm pour la gravité.
Prédit pour la première fois en 1949, l'effet Aharonov-Bohm original est un phénomène quantique par lequel la fonction d'onde d'une particule chargée est affectée par un potentiel électrique ou magnétique même lorsque la particule se trouve dans une région de champs électriques et magnétiques nuls. Depuis les années 1960, l'effet a été observé en divisant un faisceau d'électrons et en envoyant les deux faisceaux de part et d'autre d'une région contenant un champ magnétique complètement blindé. Lorsque les faisceaux sont recombinés au niveau d'un détecteur, l'effet Aharonov-Bohm se révèle comme une interférence entre les faisceaux.
Maintenant, les physiciens de Stanford ont observé une version gravitationnelle de l'effet à l'aide d'atomes ultra-froids. L'équipe a divisé les atomes en deux groupes séparés d'environ 25 cm, un groupe interagissant gravitationnellement avec une grande masse. Une fois recombinés, les atomes ont affiché une interférence compatible avec un effet Aharonov-Bohm pour la gravité. L'effet pourrait être utilisé pour déterminer la constante gravitationnelle de Newton avec une très grande précision.
- Félicitations à toutes les équipes qui ont été honorées - et restez à l'écoute pour le grand vainqueur, qui sera annoncé le mercredi 14 décembre 2022.
