फिजिक्स वर्ल्ड ने 10 के लिए वर्ष की अपनी शीर्ष 2022 सफलताओं का खुलासा किया

भौतिकी की दुनिया 10 के लिए अपने शीर्ष 2022 ब्रेकथ्रू ऑफ द ईयर की घोषणा करते हुए खुशी हो रही है, जिसमें क्वांटम और चिकित्सा भौतिकी से लेकर खगोल विज्ञान और संघनित पदार्थ तक सब कुछ शामिल है। कुल मिला कर भौतिकी की दुनिया वर्ष की सफलता बुधवार 14 दिसंबर को प्रकट होगी।

के एक पैनल द्वारा 10 निर्णायकों का चयन किया गया भौतिकी की दुनिया संपादकों, जिन्होंने इस वर्ष वेबसाइट पर भौतिकी के सभी क्षेत्रों में प्रकाशित सैकड़ों शोध अद्यतनों की छानबीन की। इसके अलावा में रिपोर्ट किया गया है भौतिकी की दुनिया 2022 में, चयनों को निम्नलिखित मानदंडों को पूरा करना चाहिए:

• ज्ञान या समझ में महत्वपूर्ण उन्नति
• वैज्ञानिक प्रगति और/या वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के विकास के लिए काम का महत्व
• सामान्य हित के लिए भौतिकी की दुनिया पाठकों

10 के लिए शीर्ष 2022 सफलताओं को किसी विशेष क्रम में नीचे सूचीबद्ध नहीं किया गया है। अगले हफ्ते वापस आकर पता करें कि किसने कुल मिलाकर हासिल किया है भौतिकी की दुनिया ब्रेकथ्रू ऑफ द ईयर पुरस्कार।

अल्ट्राकोल्ड केमिस्ट्री के लिए एक नए युग की शुरुआत 

सेवा मेरे बो झाओ, जियान-वी पान और चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (USTC) और बीजिंग में चीनी विज्ञान अकादमी के सहयोगी; और स्वतंत्र रूप से जॉन डोयल और अमेरिका में हार्वर्ड विश्वविद्यालय के सहयोगियों को पहला अल्ट्राकोल्ड पॉलीएटोमिक अणु बनाने के लिए।

हालांकि भौतिक विज्ञानी 30 से अधिक वर्षों से परमाणुओं को पूर्ण शून्य से ऊपर एक अंश तक ठंडा कर रहे हैं, और 2000 के दशक के मध्य में पहले अल्ट्राकोल्ड डायटोमिक अणु दिखाई दिए, तीन या अधिक परमाणुओं वाले अल्ट्राकोल्ड अणु बनाने का लक्ष्य मायावी साबित हुआ था।

विभिन्न और पूरक तकनीकों का उपयोग करते हुए, यूएसटीसी और हार्वर्ड टीमों ने नमूने तैयार किए ट्रायटोमिक सोडियम-पोटेशियम अणु 220 एनके और पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड क्रमशः 110 µK पर । उनकी उपलब्धि भौतिकी और रसायन विज्ञान दोनों में नए शोध का मार्ग प्रशस्त करती है, अल्ट्राकोल्ड रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अध्ययन के साथ, क्वांटम सिमुलेशन के उपन्यास रूप, और मौलिक विज्ञान के परीक्षण इन बहु-परमाणु आणविक प्लेटफार्मों के लिए धन्यवाद महसूस किए जाने के करीब हैं। 

टेट्रान्यूट्रॉन का अवलोकन करना

सेवा मेरे मेटाल डायर जर्मनी के तकनीकी विश्वविद्यालय डार्मस्टाट और बाकी के परमाणु भौतिकी संस्थान में समुराई सहयोग एसटी टेट्रान्यूट्रॉन का अवलोकन और दिखा रहा है कि अनावेशित परमाणु पदार्थ मौजूद है, भले ही बहुत कम समय के लिए।

जापान में रिकेन निशिना सेंटर की रेडियोधर्मी आयन बीम फैक्ट्री में चार न्यूट्रॉन शामिल थे, टेट्रान्यूट्रॉन को देखा गया था। तरल हाइड्रोजन के लक्ष्य पर हीलियम -8 नाभिकों को फायर करके टेट्रान्यूट्रॉन बनाए गए थे। टकराव एक हीलियम -8 नाभिक को एक अल्फा कण (दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन) और एक टेट्रान्यूट्रॉन में विभाजित कर सकता है।

रिकोइलिंग अल्फा कणों और हाइड्रोजन नाभिक का पता लगाकर, टीम ने काम किया कि चार न्यूट्रॉन केवल 10 के लिए एक अनबाउंड टेट्रान्यूट्रॉन अवस्था में मौजूद थे।^-22 एस। अवलोकन का सांख्यिकीय महत्व 5σ से अधिक है, इसे कण भौतिकी में खोज के लिए दहलीज पर रखा गया है। टीम अब टेट्रान्यूट्रॉन के भीतर अलग-अलग न्यूट्रॉन का अध्ययन करने और छह और आठ न्यूट्रॉन वाले नए कणों की तलाश करने की योजना बना रही है। 

सुपर-कुशल बिजली उत्पादन 

सेवा मेरे अलीना लापोटिन, असगुन हेनरी और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी, यूएस के सहयोगियों के लिए 40% से अधिक की दक्षता के साथ थर्मोफोटोवोल्टिक (टीपीवी) सेल का निर्माण.

नया टीपीवी सेल टर्बाइन-आधारित जनरेटर की तुलना में इन्फ्रारेड लाइट को विद्युत ऊर्जा में अधिक कुशलता से परिवर्तित करने के लिए किसी भी प्रकार का पहला ठोस-राज्य ताप इंजन है, और यह संभावित ताप स्रोतों की विस्तृत श्रृंखला के साथ काम कर सकता है। इनमें थर्मल एनर्जी स्टोरेज सिस्टम, सौर विकिरण (मध्यवर्ती विकिरण अवशोषक के माध्यम से) और अपशिष्ट गर्मी के साथ-साथ परमाणु प्रतिक्रियाएं या दहन शामिल हैं। इसलिए डिवाइस एक स्वच्छ, हरित बिजली ग्रिड का एक महत्वपूर्ण घटक और दृश्य-प्रकाश सौर फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का पूरक बन सकता है। 

सबसे तेज़ संभव ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक स्विच 

सेवा मेरे मार्कस ओस्सिएंडर, मार्टिन शुल्त्ज़े और जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स और एलएमयू म्यूनिख में सहयोगी; ऑस्ट्रिया में वियना प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और ग्राज़ प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय; और इटली में सीएनआर नैनोटेक इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग की "गति सीमा" को परिभाषित करना और उसकी खोज करना एक भौतिक उपकरण में।

टीम ने केवल एक फेमटोसेकंड (10^-15 s) एक ढांकता हुआ सामग्री का एक नमूना एक इंसुलेटिंग से एक कंडक्टिंग अवस्था में स्विच करने के लिए आवश्यक गति से एक स्विच को महसूस करने के लिए स्विच करता है जो 1000 ट्रिलियन बार प्रति सेकंड (एक पेटाहर्ट्ज़) संचालित करता है। हालांकि इस सुपर-फास्ट स्विच को चलाने के लिए आवश्यक अपार्टमेंट-आकार के उपकरण का मतलब है कि यह जल्द ही व्यावहारिक उपकरणों में दिखाई नहीं देगा, परिणाम क्लासिकल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए एक मौलिक सीमा का संकेत देते हैं और सुझाव देते हैं कि पेटाहर्ट्ज़ सॉलिड-स्टेट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स सिद्धांत रूप में संभव है। . 

ब्रह्मांड पर एक नई विंडो खोलना

नासा, कनाडा की अंतरिक्ष एजेंसी और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी को तैनाती के लिए और पहली छवियां जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कॉप (जेडब्ल्यूएसटी)।

देरी और लागत वृद्धि के वर्षों के बाद, $10bn JWST अंत में लॉन्च किया गया 25 दिसंबर 2021 को। कई अंतरिक्ष जांचों के लिए, प्रक्षेपण मिशन का सबसे खतरनाक हिस्सा है, लेकिन JWST को खतरनाक गहरे-अंतरिक्ष अनपैकिंग युद्धाभ्यास की एक श्रृंखला से भी बचना था, जिसमें इसके 6.5 मीटर के प्राथमिक दर्पण को खोलने के साथ-साथ इसे खोलना भी शामिल था। टेनिस कोर्ट के आकार का सनशील्ड।

लॉन्च से पहले, इंजीनियरों ने 344 "सिंगल-पॉइंट" विफलताओं की पहचान की जो वेधशाला के मिशन में बाधा डाल सकती थीं, या इससे भी बदतर, इसे अनुपयोगी बना सकती थीं। उल्लेखनीय रूप से, कोई समस्या नहीं आई और निम्नलिखित कमीशनिंग JWST के विज्ञान उपकरणों में, वेधशाला ने जल्द ही डेटा लेना शुरू कर दिया और ब्रह्मांड की शानदार छवियों को कैप्चर करना.

व्हाइट हाउस में एक विशेष कार्यक्रम में अमेरिकी राष्ट्रपति जो बिडेन द्वारा पहली जेडब्लूएसटी तस्वीर की घोषणा की गई थी और तब से कई चमकदार छवियां जारी की गई हैं। वेधशाला के 2030 के दशक में अच्छी तरह से संचालित होने की उम्मीद है और पहले से ही खगोल विज्ञान में क्रांति लाने के लिए तैयार है। 

प्रथम-मानव फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी

सेवा मेरे एमिली डॉटरटी अमेरिका में सिनसिनाटी विश्वविद्यालय से और पर काम करने वाले सहयोगी फास्ट-01 परीक्षण प्रदर्शन के लिए फ्लैश रेडियोथेरेपी का पहला नैदानिक ​​परीक्षण और फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी का मानव में पहला उपयोग।

फ्लैश रेडियोथेरेपी एक उभरती हुई उपचार तकनीक है जिसमें विकिरण को अल्ट्राहाई डोज दरों पर वितरित किया जाता है, एक ऐसा दृष्टिकोण जिसके बारे में माना जाता है कि यह कैंसर कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से मारते हुए स्वस्थ ऊतक को बचाता है। अल्ट्राहाई-डोज़-रेट रेडिएशन डिलीवर करने के लिए प्रोटॉन का उपयोग करने से शरीर के अंदर गहराई में स्थित ट्यूमर का इलाज किया जा सकेगा।

परीक्षण में 10 रोगी शामिल थे जिनके हाथ और पैरों में दर्दनाक हड्डी मेटास्टेस थे, जिन्हें 40 Gy/s या उससे अधिक पर एक एकल प्रोटॉन उपचार दिया गया था - पारंपरिक फोटॉन रेडियोथेरेपी की खुराक दर से लगभग 1000 गुना। टीम ने क्लिनिकल वर्कफ़्लो की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया और दिखाया कि FLASH प्रोटॉन थेरेपी दर्द से राहत के लिए पारंपरिक रेडियोथेरेपी जितनी ही प्रभावी थी, बिना किसी अप्रत्याशित दुष्प्रभाव के। 

प्रकाश संचरण और अवशोषण को पूरा करना

के नेतृत्व में एक टीम के लिए स्टीफन रोटर ऑस्ट्रिया के वियना के तकनीकी विश्वविद्यालय और मैथ्यू डेवी फ्रांस में रेनेस विश्वविद्यालय की एक विरोधी प्रतिबिंब संरचना बनाने के लिए जो सक्षम बनाता है जटिल मीडिया के माध्यम से सही प्रसारण; रॉटर और की अध्यक्षता में एक सहयोग के साथ ओरी काट्ज़ इज़राइल में जेरूसलम के हिब्रू विश्वविद्यालय से, एक "विकसित करने के लिए"विरोधी लेजर”जो किसी भी सामग्री को कोणों की एक विस्तृत श्रृंखला से सभी प्रकाश को अवशोषित करने में सक्षम बनाता है।

पहली जांच में, शोधकर्ताओं ने एक विरोधी प्रतिबिंब परत तैयार की जो कि गणितीय रूप से अनुकूलित है जिस तरह से तरंगें किसी वस्तु की सामने की सतह से प्रतिबिंबित होती हैं। इस संरचना को बेतरतीब ढंग से अव्यवस्थित माध्यम के सामने रखने से परावर्तन पूरी तरह से समाप्त हो जाते हैं और वस्तु आने वाली सभी प्रकाश तरंगों के लिए पारभासी हो जाती है।

दूसरे अध्ययन में, टीम ने दर्पण और लेंस के एक सेट के आधार पर एक सुसंगत पूर्ण अवशोषक विकसित किया, जो एक गुहा के अंदर आने वाली रोशनी को फँसाता है। ठीक से परिकलित व्यतिकरण प्रभावों के कारण, आपतित किरण दर्पणों के बीच वापस परावर्तित किरणपुंज के साथ हस्तक्षेप करती है, जिससे परावर्तित किरण लगभग पूरी तरह बुझ जाती है। 

क्यूबिक बोरॉन आर्सेनाइड एक चैंपियन सेमीकंडक्टर है  

के नेतृत्व में स्वतंत्र टीमों के लिए गैंग चेन अमेरिका में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में और शिनफेंग लियू बीजिंग, चीन में नेशनल सेंटर फॉर नैनोसाइंस एंड टेक्नोलॉजी ने दिखाया कि क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड है विज्ञान के लिए ज्ञात सबसे अच्छे अर्धचालकों में से एक.

दो समूहों ने ऐसे प्रयोग किए जिनसे पता चला कि सामग्री के छोटे, शुद्ध क्षेत्रों में सिलिकॉन जैसे अर्धचालकों की तुलना में बहुत अधिक तापीय चालकता और छेद की गतिशीलता है, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स का आधार है। सिलिकॉन की कम छिद्र गतिशीलता उस गति को सीमित करती है जिस पर सिलिकॉन डिवाइस संचालित होते हैं, जबकि इसकी कम तापीय चालकता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ज़्यादा गरम करने का कारण बनती है।

क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड, इसके विपरीत, लंबे समय से इन उपायों पर सिलिकॉन से बेहतर प्रदर्शन करने की भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन शोधकर्ताओं ने इसके गुणों को मापने के लिए सामग्री के बड़े एकल-क्रिस्टल नमूने बनाने के लिए संघर्ष किया था। अब, हालांकि, दोनों टीमों ने क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड के व्यावहारिक उपयोग को एक कदम और करीब लाते हुए इस चुनौती को पार कर लिया है।      

एक क्षुद्रग्रह की कक्षा को बदलना  

नासा को और  जॉन्स हॉपकिन्स अमेरिका में अनुप्रयुक्त भौतिकी प्रयोगशाला एसटी पहला प्रदर्शन एक क्षुद्रग्रह की कक्षा को सफलतापूर्वक बदलकर "काइनेटिक प्रभाव"।

नवंबर 2021 में लॉन्च किया गया, डबल क्षुद्रग्रह पुनर्निर्देशन परीक्षण (DART) क्राफ्ट किसी क्षुद्रग्रह के गतिज प्रभाव की जांच करने वाला पहला मिशन था। इसका लक्ष्य एक द्विआधारी निकट-पृथ्वी क्षुद्रग्रह प्रणाली थी जिसमें 160-मीटर-व्यास वाला एक पिंड होता है जिसे डिमॉर्फोस कहा जाता है जो 780 मीटर-व्यास वाले क्षुद्रग्रह को डिडिमोस कहा जाता है।

क्षुद्रग्रह प्रणाली के लिए 11 मिलियन किलोमीटर की यात्रा के बाद, अक्टूबर में DART ने लगभग 6 किमी/सेकेंड की यात्रा करते हुए डिमोर्फोस को सफलतापूर्वक प्रभावित किया। दिनों के बाद, नासा की पुष्टि की उस DART ने डिमोर्फोस की कक्षा को 32 मिनट में सफलतापूर्वक बदल दिया था - कक्षा को 11 घंटे और 55 मिनट की कक्षा से 11 घंटे और 23 मिनट तक छोटा कर दिया था।

यह परिवर्तन 25 सेकंड से कुछ 73 गुना अधिक था जिसे नासा ने न्यूनतम सफल कक्षा अवधि परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया था। परिणामों का उपयोग यह आकलन करने के लिए भी किया जाएगा कि हमारे ग्रह की रक्षा के लिए गतिज प्रभाव तकनीक को सर्वोत्तम तरीके से कैसे लागू किया जाए। 

गुरुत्वाकर्षण के लिए अहरोनोव-बोहम प्रभाव का पता लगाना

सेवा मेरे क्रिस ओवरस्ट्रीट, पीटर एसेनबौम, मार्क कासेविच और गुरुत्वाकर्षण के लिए अहरोनोव-बोहम प्रभाव का पता लगाने के लिए अमेरिका में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के सहयोगियों।

पहली बार 1949 में भविष्यवाणी की गई, मूल अहरोनोव-बोहम प्रभाव एक क्वांटम घटना है जिसके द्वारा आवेशित कण का तरंग कार्य विद्युत या चुंबकीय क्षमता से प्रभावित होता है, भले ही कण शून्य विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के क्षेत्र में हो। 1960 के दशक से, इलेक्ट्रॉनों के एक बीम को विभाजित करके और पूरी तरह से संरक्षित चुंबकीय क्षेत्र वाले क्षेत्र के दोनों ओर दो बीम भेजकर प्रभाव देखा गया है। जब बीम एक डिटेक्टर पर पुनर्संयोजित होते हैं, तो अहरोनोव-बोहम प्रभाव बीम के बीच एक हस्तक्षेप के रूप में प्रकट होता है।

अब, स्टैनफोर्ड के भौतिकविदों ने एक अवलोकन किया है प्रभाव का गुरुत्वाकर्षण संस्करण अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं का उपयोग करना। टीम ने परमाणुओं को दो समूहों में विभाजित किया जो लगभग 25 सेमी से अलग हो गए थे, जिसमें एक समूह बड़े द्रव्यमान के साथ गुरुत्वाकर्षण से बातचीत कर रहा था। पुनर्संयोजित होने पर, परमाणुओं ने एक हस्तक्षेप प्रदर्शित किया जो गुरुत्वाकर्षण के लिए अहरोनोव-बोहम प्रभाव के अनुरूप है। इस प्रभाव का उपयोग न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को बहुत उच्च सटीकता के लिए निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।

• सम्मानित होने वाली सभी टीमों को बधाई - और समग्र विजेता के लिए बने रहें, जिसकी घोषणा बुधवार 14 दिसंबर 2022 को की जाएगी।