Dunia Fisika dengan senang hati mengumumkan 10 Terobosan Terbaik Tahun Ini untuk tahun 2022, yang mencakup segala hal mulai dari fisika kuantum dan medis hingga astronomi dan benda padat. Secara keseluruhan Dunia Fisika Terobosan Tahun Ini akan terungkap pada hari Rabu 14 Desember.
10 Terobosan dipilih oleh panel dari Dunia Fisika editor, yang menyaring ratusan pembaruan penelitian yang diterbitkan di situs web tahun ini di semua bidang fisika. Selain dilaporkan masuk Dunia Fisika pada tahun 2022, seleksi harus memenuhi kriteria sebagai berikut:
- Kemajuan yang signifikan dalam pengetahuan atau pemahaman
- Pentingnya pekerjaan untuk kemajuan ilmiah dan/atau pengembangan aplikasi dunia nyata
- Kepentingan umum untuk Dunia Fisika pembaca
10 Terobosan Teratas untuk tahun 2022 tercantum di bawah ini tanpa urutan tertentu. Kembalilah minggu depan untuk mencari tahu mana yang telah mengantongi keseluruhan Dunia Fisika Penghargaan Terobosan Tahun Ini.
Mengantar era baru untuk kimia ultracold
Untuk Bo Zhao, Jian-Wei Pan dan rekan-rekannya di University of Science and Technology of China (USTC) dan Chinese Academy of Sciences di Beijing; dan mandiri untuk John doyle dan rekannya di Universitas Harvard di AS, untuk menciptakan molekul poliatomik ultradingin pertama.
Meskipun fisikawan telah mendinginkan atom menjadi pecahan di atas nol mutlak selama lebih dari 30 tahun, dan molekul diatomik ultradingin pertama kali muncul pada pertengahan tahun 2000-an, tujuan membuat molekul ultradingin yang mengandung tiga atom atau lebih terbukti sulit dipahami.
Dengan menggunakan teknik yang berbeda dan saling melengkapi, tim USTC dan Harvard menghasilkan sampel dari molekul natrium-kalium triatomik pada 220 nK dan natrium hidroksida masing-masing pada 110 µK. Pencapaian mereka membuka jalan bagi penelitian baru dalam fisika dan kimia, dengan studi tentang reaksi kimia ultradingin, bentuk baru dari simulasi kuantum, dan pengujian ilmu dasar yang semakin dekat untuk diwujudkan berkat platform molekuler multi-atom ini.
Pengamatan tetraneutron
Untuk Meytal Duer di Institut Fisika Nuklir di Universitas Teknik Darmstadt Jerman dan sisanya Kolaborasi SAMURAI untuk mengamati tetraneutron dan menunjukkan bahwa materi nuklir yang tidak bermuatan ada, meskipun hanya untuk waktu yang sangat singkat.
Terdiri dari empat neutron, tetraneutron terlihat di Pabrik Sinar Ion Radioaktif Pusat RIKEN Nishina di Jepang. Tetraneutron diciptakan dengan menembakkan inti helium-8 pada target hidrogen cair. Tabrakan dapat membagi inti helium-8 menjadi partikel alfa (dua proton dan dua neutron) dan tetraneutron.
Dengan mendeteksi partikel alfa dan inti hidrogen yang bergerak mundur, tim menemukan bahwa keempat neutron ada dalam keadaan tetraneutron tidak terikat hanya selama 10 menit.-22 s. Signifikansi statistik dari pengamatan lebih besar dari 5σ, menempatkannya di atas ambang penemuan dalam fisika partikel. Tim sekarang berencana untuk mempelajari masing-masing neutron dalam tetraneutron dan mencari partikel baru yang mengandung enam dan delapan neutron.
Pembangkit listrik super efisien
Untuk Alina LaPotin, Asegun Henry dan rekannya di Massachusetts Institute of Technology dan National Renewable Energy Laboratory, AS, untuk membangun sel termofotovoltaik (TPV) dengan efisiensi lebih dari 40%.
Sel TPV baru adalah mesin panas solid-state pertama dalam bentuk apa pun yang mengubah cahaya inframerah menjadi energi listrik lebih efisien daripada generator berbasis turbin, dan dapat beroperasi dengan berbagai kemungkinan sumber panas. Ini termasuk sistem penyimpanan energi panas, radiasi matahari (melalui penyerap radiasi perantara) dan limbah panas serta reaksi atau pembakaran nuklir. Oleh karena itu, perangkat tersebut dapat menjadi komponen penting dari jaringan listrik yang lebih bersih dan ramah lingkungan, serta pelengkap sel fotovoltaik surya dengan cahaya tampak.
Sakelar optoelektronik tercepat
Untuk Marcus Ossiander, Martin Schultze dan rekan-rekannya di Max Planck Institute for Quantum Optics dan LMU Munich di Jerman; Universitas Teknologi Wina dan Universitas Teknologi Graz di Austria; dan Institut Nanoteknologi CNR NANOTEC di Italia, untuk mendefinisikan dan menjelajahi "batas kecepatan" peralihan optoelektronik dalam perangkat fisik.
Tim menggunakan pulsa laser yang berlangsung hanya satu femtosecond (10-15 s) untuk mengalihkan sampel bahan dielektrik dari isolasi ke kondisi konduksi pada kecepatan yang diperlukan untuk mewujudkan sakelar yang beroperasi 1000 triliun kali per detik (satu petahertz). Meskipun peralatan seukuran apartemen yang diperlukan untuk menggerakkan sakelar super cepat ini berarti ia tidak akan muncul di perangkat praktis dalam waktu dekat, hasilnya menyiratkan batas mendasar untuk pemrosesan sinyal klasik dan menunjukkan bahwa optoelektronik solid-state petahertz, pada prinsipnya, layak. .
Membuka jendela baru di alam semesta
Kepada NASA, Badan Antariksa Kanada dan Badan Antariksa Eropa untuk penyebaran dan gambar pertama dari James Webb Space Telescope (JWST).
Setelah bertahun-tahun penundaan dan kenaikan biaya, $10bn JWST akhirnya diluncurkan pada 25 Desember 2021. Bagi banyak wahana antariksa, peluncuran adalah bagian paling berbahaya dari misi tersebut, tetapi JWST juga harus bertahan dari serangkaian manuver pembongkaran ruang dalam yang berbahaya, yang melibatkan membuka cermin utamanya sepanjang 6.5 m serta membukanya. pelindung matahari seukuran lapangan tenis.
Sebelum diluncurkan, para insinyur mengidentifikasi 344 kegagalan "titik tunggal" yang dapat menghambat misi observatorium, atau lebih buruk lagi, membuatnya tidak dapat digunakan. Hebatnya, tidak ada masalah yang ditemui dan diikuti komisioning instrumen sains JWST, observatorium segera mulai mengambil data dan menangkap gambar spektakuler dari kosmos.
Gambar JWST pertama diumumkan oleh presiden AS Joe Biden pada acara khusus di Gedung Putih dan banyak gambar mempesona telah dirilis. Observatorium diharapkan beroperasi dengan baik hingga tahun 2030-an dan sudah berada di jalur untuk merevolusi astronomi.
Terapi proton FLASH pertama dalam manusia
Untuk Emily Putri dari University of Cincinnati di AS dan kolaborator yang mengerjakan Uji coba FAST-01 untuk melakukan uji klinis pertama radioterapi FLASH dan penggunaan terapi proton FLASH pertama pada manusia.
Radioterapi FLASH adalah teknik perawatan baru di mana radiasi diberikan pada tingkat dosis sangat tinggi, sebuah pendekatan yang dianggap menyelamatkan jaringan sehat sambil tetap membunuh sel kanker secara efektif. Menggunakan proton untuk mengirimkan radiasi tingkat dosis ultra tinggi akan memungkinkan pengobatan tumor yang terletak jauh di dalam tubuh.
Uji coba tersebut melibatkan 10 pasien dengan metastasis tulang yang menyakitkan di lengan dan kaki mereka, yang menerima pengobatan proton tunggal yang diberikan pada 40 Gy/s atau lebih – sekitar 1000 kali tingkat dosis radioterapi foton konvensional. Tim menunjukkan kelayakan alur kerja klinis dan menunjukkan bahwa terapi proton FLASH sama efektifnya dengan radioterapi konvensional untuk menghilangkan rasa sakit, tanpa menimbulkan efek samping yang tidak terduga.
Menyempurnakan transmisi dan penyerapan cahaya
Untuk tim yang dipimpin oleh Stefan Rotter Universitas Teknik Austria Wina dan Matthieu Davy dari University of Rennes di Perancis untuk menciptakan struktur anti-refleksi yang memungkinkan transmisi sempurna melalui media yang kompleks; bersama dengan kolaborasi yang dipimpin oleh Rotter dan Ori Katz dari Hebrew University of Jerusalem di Israel, untuk mengembangkan “anti-laser” yang memungkinkan material apa pun menyerap semua cahaya dari berbagai sudut.
Dalam penyelidikan pertama, para peneliti merancang lapisan anti-refleksi yang dioptimalkan secara matematis agar sesuai dengan cara gelombang memantul dari permukaan depan suatu objek. Menempatkan struktur ini di depan media yang tidak teratur secara acak sepenuhnya menghilangkan pantulan dan membuat objek tembus ke semua gelombang cahaya yang masuk.
Dalam studi kedua, tim mengembangkan penyerap sempurna yang koheren, berbasis di sekitar satu set cermin dan lensa, yang menjebak cahaya yang masuk ke dalam rongga. Karena efek interferensi yang dihitung dengan tepat, sinar yang datang mengganggu sinar yang dipantulkan kembali di antara cermin, sehingga sinar yang dipantulkan hampir sepenuhnya padam.
Cubic boron arsenide adalah semikonduktor juara
Untuk tim independen yang dipimpin oleh Geng Chen di Institut Teknologi Massachusetts di AS dan Xinfeng Liu dari National Center for Nanoscience and Technology di Beijing, China karena telah menunjukkan bahwa kubik boron arsenide adalah salah satu semikonduktor terbaik yang dikenal sains.
Kedua kelompok melakukan eksperimen yang mengungkapkan bahwa daerah kecil dan murni dari material tersebut memiliki konduktivitas termal dan mobilitas lubang yang jauh lebih tinggi daripada semikonduktor seperti silikon, yang menjadi dasar elektronika modern. Mobilitas lubang silikon yang rendah membatasi kecepatan pengoperasian perangkat silikon, sementara konduktivitas termalnya yang rendah menyebabkan perangkat elektronik menjadi terlalu panas.
Cubic boron arsenide, sebaliknya, telah lama diperkirakan mengungguli silikon pada ukuran ini, tetapi para peneliti telah berjuang untuk membuat sampel kristal tunggal yang cukup besar dari bahan tersebut untuk mengukur sifat-sifatnya. Sekarang, bagaimanapun, kedua tim telah mengatasi tantangan ini, membawa penggunaan praktis arsenida boron kubik selangkah lebih dekat.
Mengubah orbit asteroid
Ke NASA dan Johns Hopkins Laboratorium Fisika Terapan di AS untuk demonstrasi pertama dari "dampak kinetik" dengan berhasil mengubah orbit asteroid.
Diluncurkan pada November 2021, yang Tes Pengalihan Asteroid Ganda (DART) adalah misi pertama yang menyelidiki dampak kinetik asteroid. Sasarannya adalah sistem asteroid biner dekat Bumi yang terdiri dari benda berdiameter 160 meter yang disebut Dimorphos yang mengorbit asteroid berdiameter 780 meter yang lebih besar bernama Didymos.
Setelah menempuh perjalanan sejauh 11 juta kilometer ke sistem asteroid, pada bulan Oktober DART berhasil menabrak Dimorphos saat bergerak dengan kecepatan sekitar 6 km/dtk. Beberapa hari kemudian, NASA dikonfirmasi bahwa DART telah berhasil mengubah orbit Dimorphos selama 32 menit – memperpendek orbit dari orbit 11 jam 55 menit menjadi 11 jam 23 menit.
Perubahan ini sekitar 25 kali lebih besar dari 73 detik yang didefinisikan NASA sebagai perubahan periode orbit minimum yang berhasil. Hasilnya juga akan digunakan untuk menilai cara terbaik menerapkan teknik tumbukan kinetik untuk mempertahankan planet kita.
Mendeteksi efek Aharonov–Bohm untuk gravitasi
Untuk Chris Overstreet, Peter Asenbaum, Mark Kasevich dan rekannya di Stanford University di AS untuk mendeteksi efek Aharonov–Bohm untuk gravitasi.
Pertama kali diprediksi pada tahun 1949, efek asli Aharonov–Bohm adalah fenomena kuantum di mana fungsi gelombang partikel bermuatan dipengaruhi oleh potensial listrik atau magnet bahkan ketika partikel berada di wilayah medan listrik dan magnet nol. Sejak 1960-an, efeknya telah diamati dengan membelah seberkas elektron dan mengirimkan dua berkas di kedua sisi wilayah yang mengandung medan magnet yang terlindung sepenuhnya. Ketika balok digabungkan kembali pada detektor, efek Aharonov–Bohm terungkap sebagai interferensi antara balok.
Sekarang, fisikawan Stanford telah mengamati a versi efek gravitasi menggunakan atom ultra dingin. Tim membagi atom menjadi dua kelompok yang dipisahkan sekitar 25 cm, dengan satu kelompok berinteraksi secara gravitasi dengan massa besar. Saat digabungkan kembali, atom menunjukkan interferensi yang konsisten dengan efek Aharonov–Bohm untuk gravitasi. Efeknya dapat digunakan untuk menentukan konstanta gravitasi Newton dengan presisi yang sangat tinggi.
- Selamat kepada semua tim yang telah mendapatkan penghargaan – dan nantikan pemenang keseluruhan, yang akan diumumkan pada hari Rabu 14 Desember 2022.
