Fizika Világa örömmel jelenti be az év 10 legnagyobb áttörését 2022-re, amely a kvantum- és orvosi fizikától a csillagászatig és a kondenzált anyagokig mindent felölel. Az egész Fizika Világa December 14-én, szerdán derül ki az év áttörése.
A 10 áttörést egy zsűri választotta ki Fizika Világa szerkesztők, akik a fizika minden területéről idén több száz kutatási frissítést szűrtek át a weboldalon. Azon kívül, hogy ben jelentették Fizika Világa 2022-ben a kiválasztásoknak meg kell felelniük a következő kritériumoknak:
- Jelentős előrelépés a tudásban vagy a megértésben
- A munka jelentősége a tudományos haladás és/vagy a valós alkalmazások fejlesztése szempontjából
- Általános érdekű Fizika Világa olvasók
Az alábbiakban felsoroljuk a 10-es év 2022 legfontosabb áttörését, különösebb sorrend nélkül. Jöjjön vissza a jövő héten, hogy megtudja, melyik csomagolta be az overallt Fizika Világa Az év áttörése díj.
Az ultrahideg kémia új korszakának kezdete
Nak nek Bo Zhao, Jian-Wei Pan és munkatársai a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemen (USTC) és a Kínai Tudományos Akadémián Pekingben; és függetlenül attól john doyle és munkatársai az amerikai Harvard Egyetemen az első ultrahideg poliatomikus molekulák létrehozásáért.
Bár a fizikusok több mint 30 éve hűtik le az atomokat az abszolút nulla feletti töredékre, és az első ultrahideg kétatomos molekulák a 2000-es évek közepén jelentek meg, a három vagy több atomot tartalmazó ultrahideg molekulák létrehozásának célja megfoghatatlannak bizonyult.
Különböző és egymást kiegészítő technikák segítségével az USTC és a Harvard csapatai mintákat készítettek háromatomos nátrium-kálium molekulák 220 nK és nátrium-hidroxid 110 µK-nál. Eredményük megnyitja az utat a fizikában és a kémiában egyaránt új kutatások előtt, az ultrahideg kémiai reakciók tanulmányozásával, a kvantumszimuláció új formáival és az alaptudományi tesztekkel, amelyek ezeknek a többatomos molekuláris platformoknak köszönhetően közelebb állnak a megvalósításhoz.
A tetraneutron megfigyelése
Nak nek Meytal Duer a német darmstadti műszaki egyetem Magfizikai Intézetében és a többi SZAMURÁJ Együttműködés mert a tetraneutron megfigyelése és megmutatja, hogy töltés nélküli nukleáris anyag létezik, ha csak nagyon rövid ideig is.
A négy neutronból álló tetraneutront a RIKEN Nishina Központ radioaktív ionsugaras gyárában, Japánban észlelték. A tetraneutronokat hélium-8 atommagok folyékony hidrogén célpontjára való tüzelésével hozták létre. Az ütközések során a hélium-8 atommag egy alfa-részecskére (két protonra és két neutronra) és egy tetraneutronra szakadhat.
A visszapattanó alfa-részecskék és a hidrogénatomok kimutatásával a csapat kidolgozta, hogy a négy neutron kötetlen tetraneutron állapotban mindössze 10 évig létezett.-22 s. A megfigyelés statisztikai szignifikanciája nagyobb, mint 5σ, ami túllépi a részecskefizikai felfedezések küszöbét. A csapat most azt tervezi, hogy megvizsgálja a tetraneutronokon belüli egyes neutronokat, és új, hat és nyolc neutront tartalmazó részecskéket keres.
Szuper hatékony villamosenergia-termelés
Nak nek Alina LaPotin, Asegun Henry és kollégái a Massachusettsi Technológiai Intézetben és a National Renewable Energy Laboratoryban (USA) 40%-nál nagyobb hatásfokú termofotovoltaikus (TPV) cella építése.
Az új TPV cella az első szilárdtest-hőmotor, amely az infravörös fényt hatékonyabban alakítja elektromos energiává, mint egy turbina alapú generátor, és a lehetséges hőforrások széles skálájával tud működni. Ide tartoznak a hőenergia-tároló rendszerek, a napsugárzás (köztes sugárzáselnyelőn keresztül) és a hulladékhő, valamint a nukleáris reakciók vagy az égés. Az eszköz ezért egy tisztább, környezetbarátabb villamosenergia-hálózat fontos elemévé válhat, és a látható fényű napelemek kiegészítőjévé válhat.
A lehető leggyorsabb optoelektronikus kapcsoló
Nak nek Marcus Ossiander, Martin Schultze és munkatársai a Max Planck Kvantumoptikai Intézetben és az LMU Münchenben Németországban; a Bécsi Műszaki Egyetem és a Grazi Műszaki Egyetem Ausztriában; és az olaszországi CNR NANOTEC Nanotechnológiai Intézet az optoelektronikai kapcsolás „sebességhatárainak” meghatározása és feltárása fizikai eszközben.
A csapat mindössze egy femtomásodpercig tartó lézerimpulzusokat használt (10-15 s) egy dielektromos anyag mintájának átkapcsolása szigetelő állapotból vezető állapotba olyan sebességgel, amely egy másodpercenként 1000 billió alkalommal (egy petahertz) működő kapcsoló megvalósításához szükséges. Bár a szupergyors kapcsoló meghajtásához szükséges lakásméretű berendezés miatt a gyakorlati eszközökben egyhamar nem jelenik meg, az eredmények alapvető korlátot jelentenek a klasszikus jelfeldolgozásban, és azt sugallják, hogy a petahertzes szilárdtest-optikai elektronika elvileg megvalósítható. .
Új ablakot nyit az univerzumban
A NASA-nak, a Kanadai Űrügynökségnek és az Európai Űrügynökségnek a bevetéshez és az első képek a James Webb Űrtávcső (JWST).
Évekig tartó késések és költségemelések után a 10 milliárd dolláros JWST végre elindult 25. december 2021-én. Sok űrszonda számára az indítás a küldetés legveszélyesebb része, de a JWST-nek egy sor veszélyes mélyűri kicsomagolási manővert is túl kellett élnie, amelyek során ki kellett nyitni a 6.5 méteres elsődleges tükrét, valamint ki kellett bontani. teniszpálya méretű napvédő.
Az indulás előtt a mérnökök 344 „egypontos” hibát azonosítottak, amelyek akadályozhatták az obszervatórium küldetését, vagy ami még rosszabb, használhatatlanná tehették volna. Figyelemre méltó, hogy semmilyen probléma nem merült fel és követett az üzembe helyezést a JWST tudományos műszerei közül az obszervatórium hamarosan megkezdte az adatgyűjtést és látványos képek rögzítése a kozmoszról.
Az első JWST-képet Joe Biden amerikai elnök jelentette be egy különleges eseményen a Fehér Házban, és azóta sok káprázatos képet tettek közzé. Az obszervatórium várhatóan a 2030-as évekig fog működni, és máris forradalmasítja a csillagászatot.
Az első emberben alkalmazott FLASH protonterápia
Nak nek Emily Daugherty az egyesült államokbeli Cincinnati Egyetemen, valamint a projekten dolgozó munkatársak FAST-01 próba elvégzéséhez a a FLASH sugárterápia első klinikai vizsgálata és a FLASH protonterápia első emberben történő alkalmazása.
A FLASH sugárterápia egy feltörekvő kezelési technika, amelyben a sugárzást ultranagy dózisteljesítménnyel juttatják el, és amelyről úgy gondolják, hogy kíméli az egészséges szöveteket, miközben hatékonyan elpusztítja a rákos sejteket. A protonok használata az ultranagy dózisú sugárzás leadására lehetővé teszi a test mélyén elhelyezkedő daganatok kezelését.
A vizsgálatban 10 olyan beteg vett részt, akiknek fájdalmas csontáttétjei voltak a karjukban és a lábukban, akik egyetlen protonkezelést kaptak 40 Gy/s vagy nagyobb sebességgel – a hagyományos foton-sugárterápia dózisteljesítményének mintegy 1000-szeresével. A csapat bemutatta a klinikai munkafolyamat megvalósíthatóságát, és kimutatta, hogy a FLASH protonterápia ugyanolyan hatékony a fájdalomcsillapításban, mint a hagyományos sugárterápia, anélkül, hogy váratlan mellékhatásokat váltana ki.
Tökéletes fényáteresztés és -elnyelés
Az általa vezetett csapatnak Stefan Rotter az osztrák bécsi műszaki egyetem és Matthieu Davy a franciaországi Rennes-i Egyetem munkatársa egy olyan tükröződésmentes szerkezet létrehozásáért, amely lehetővé teszi tökéletes átvitel összetett médián keresztül; egy együttműködéssel együtt, amelyet Rotter és Ori Katz az izraeli Jeruzsálemi Héber Egyetemen egy „anti-lézer” lehetővé teszi, hogy bármilyen anyag elnyelje a fényt a legkülönbözőbb szögekből.
Az első vizsgálat során a kutatók egy tükröződésgátló réteget terveztek, amelyet matematikailag optimalizáltak, hogy megfeleljen a hullámoknak egy tárgy elülső felületéről való visszaverődésének. Ha ezt a szerkezetet véletlenszerűen rendezetlen közeg elé helyezzük, teljesen kiküszöböli a visszaverődést, és áttetszővé teszi a tárgyat az összes bejövő fényhullám számára.
A második tanulmányban a csapat egy koherens tökéletes elnyelőt fejlesztett ki, amely tükrök és lencsék köré épült, és megfogja a beérkező fényt egy üregben. A pontosan kiszámított interferenciahatások miatt a beeső sugár interferál a tükrök között visszaverődő sugárral, így a visszavert sugár szinte teljesen kialszik.
A köbös bór-arzenid bajnok félvezető
által vezetett független csapatokhoz Gang Chen az amerikai Massachusetts Institute of Technology-ban és Xinfeng Liu a pekingi Nemzeti Nanotudományi és Technológiai Központtól, amiért kimutatta, hogy a köbméter bór-arzenid a tudomány által ismert egyik legjobb félvezető.
A két csoport kísérleteket végzett, amelyek feltárták, hogy az anyag kis, tiszta részein sokkal nagyobb a hővezető képessége és a lyuk mobilitása, mint a félvezetőké, mint például a szilícium, amely a modern elektronika alapját képezi. A szilícium kis lyukmobilitása korlátozza a szilícium eszközök működési sebességét, míg alacsony hővezető képessége az elektronikus eszközök túlmelegedését okozza.
Ezzel szemben a köbös bór-arzenidről régóta azt jósolták, hogy felülmúlja a szilíciumot ezeknél a méréseknél, de a kutatók küzdöttek azért, hogy elég nagy egykristályos mintákat hozzanak létre az anyagból ahhoz, hogy meg lehessen mérni annak tulajdonságait. Most azonban mindkét csapat túljutott ezen a kihíváson, és egy lépéssel közelebb került a köbös bór-arzenid gyakorlati felhasználásához.
Egy aszteroida pályájának megváltoztatása
A NASA-hoz és a Johns Hopkins Alkalmazott Fizikai Laboratórium az Egyesült Államokban mert az első bemutató „kinetikus becsapódást” egy aszteroida pályájának sikeres megváltoztatásával.
2021 novemberében indult, a Kettős aszteroida átirányítási teszt (DART) volt az első olyan küldetés, amely egy aszteroida kinetikai hatását vizsgálta. Célpontja egy bináris Föld-közeli aszteroidarendszer volt, amely egy 160 méter átmérőjű, Dimorphos nevű testből állt, amely egy nagyobb, 780 méter átmérőjű Didymos nevű aszteroida körül kering.
Az aszteroidarendszerhez vezető 11 millió kilométeres utat követően októberben a DART sikeresen becsapta a Dimorphost, miközben körülbelül 6 km/s sebességgel haladt. Napokkal később a NASA megerősített hogy a DART 32 perccel sikeresen megváltoztatta a Dimorphos pályáját – 11 óra 55 percről 11 óra 23 percre lerövidítette a pályát.
Ez a változás mintegy 25-szöröse volt annak a 73 másodpercnek, amelyet a NASA minimális sikeres keringési periódusváltásként határoz meg. Az eredményeket arra is felhasználják, hogy felmérjék, hogyan lehet a legjobban alkalmazni a kinetikus becsapódási technikát bolygónk védelmében.
Aharonov–Bohm-effektus észlelése a gravitációra
Nak nek Chris Overstreet, Asenbaum Péter, Mark Kasevich és munkatársai az amerikai Stanford Egyetemen a gravitáció Aharonov–Bohm-effektusának kimutatásáért.
Először 1949-ben jósolták meg, az eredeti Aharonov–Bohm-effektus egy kvantumjelenség, amelyben egy töltött részecske hullámfüggvényét elektromos vagy mágneses potenciál befolyásolja, még akkor is, ha a részecske nulla elektromos és mágneses mezőben van. Az 1960-as évek óta a hatást úgy figyelték meg, hogy egy elektronsugarat kettéhasítottak, és a két sugarat egy teljesen árnyékolt mágneses mezőt tartalmazó tartomány két oldalára küldték. Amikor a nyalábokat egy detektornál rekombináljuk, az Aharonov–Bohm-effektus a nyalábok közötti interferenciaként jelenik meg.
Most a stanfordi fizikusok megfigyelték a a hatás gravitációs változata ultrahideg atomok felhasználásával. A csapat két csoportra osztotta az atomokat, amelyeket körülbelül 25 cm választott el egymástól, és az egyik csoport gravitációs kölcsönhatásba lép a nagy tömeggel. Rekombinációjuk során az atomok olyan interferenciát mutattak, amely összhangban van a gravitáció Aharonov–Bohm effektusával. Az effektus felhasználható Newton gravitációs állandójának nagyon nagy pontosságú meghatározására.
- Gratulálunk az összes kitüntetett csapatnak – és maradjon velünk az összesített győztesről, amelyet 14. december 2022-én, szerdán hirdetnek ki.
