Mondo della fisica è lieta di annunciare le sue 10 migliori scoperte dell'anno per il 2022, che spaziano dalla fisica quantistica e medica all'astronomia e alla materia condensata. Il generale Mondo della fisica La svolta dell'anno verrà rivelata mercoledì 14 dicembre.
I 10 Breakthrough sono stati selezionati da una giuria di Mondo della fisica redattori, che hanno setacciato centinaia di aggiornamenti di ricerca pubblicati sul sito web quest'anno in tutti i campi della fisica. Oltre ad essere stato segnalato in Mondo della fisica nel 2022 le selezioni devono soddisfare i seguenti criteri:
- Significativo progresso nella conoscenza o nella comprensione
- Importanza del lavoro per il progresso scientifico e/o lo sviluppo di applicazioni nel mondo reale
- Di interesse generale a Mondo della fisica lettori
Le 10 migliori scoperte per il 2022 sono elencate di seguito in nessun ordine particolare. Torna la prossima settimana per scoprire quale ha vinto la classifica generale Mondo della fisica Premio Svolta dell'anno.
Inaugurazione di una nuova era per la chimica ultrafredda
A BoZhao, Jian Wei Pan e colleghi dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) e dell'Accademia cinese delle scienze a Pechino; e indipendentemente a John doyle e colleghi dell'Università di Harvard negli Stati Uniti, per aver creato le prime molecole poliatomiche ultrafredde.
Sebbene i fisici abbiano raffreddato gli atomi a una frazione sopra lo zero assoluto per più di 30 anni e le prime molecole biatomiche ultrafredde siano apparse a metà degli anni 2000, l'obiettivo di creare molecole ultrafredde contenenti tre o più atomi si era rivelato sfuggente.
Utilizzando tecniche diverse e complementari, i team di USTC e Harvard hanno prodotto campioni di molecole triatomiche sodio-potassio a 220 nK e idrossido di sodio rispettivamente a 110 µK. Il loro successo apre la strada a nuove ricerche sia in fisica che in chimica, con studi su reazioni chimiche ultrafredde, nuove forme di simulazione quantistica e test di scienza fondamentale tutti più vicini alla realizzazione grazie a queste piattaforme molecolari multi-atomo.
Osservazione del tetraneutrone
A Metal Duer presso l'Istituto di fisica nucleare dell'Università tecnica tedesca di Darmstadt e il resto del Collaborazione SAMURAI per osservando il tetraneutrone e dimostrando che la materia nucleare non carica esiste, anche se solo per un tempo molto breve.
Composto da quattro neutroni, il tetraneutrone è stato individuato presso la fabbrica di fasci di ioni radioattivi del RIKEN Nishina Center in Giappone. I tetraneutroni sono stati creati sparando nuclei di elio-8 contro un bersaglio di idrogeno liquido. Le collisioni possono dividere un nucleo di elio-8 in una particella alfa (due protoni e due neutroni) e un tetraneutrone.
Rilevando il rinculo delle particelle alfa e dei nuclei di idrogeno, il team ha scoperto che i quattro neutroni esistevano in uno stato di tetraneutrone non legato per soli 10-22 S. La significatività statistica dell'osservazione è maggiore di 5σ, ponendola oltre la soglia per una scoperta nella fisica delle particelle. Il team ha ora in programma di studiare i singoli neutroni all'interno dei tetraneutroni e cercare nuove particelle contenenti sei e otto neutroni.
Generazione di elettricità super efficiente
A Alina LaPotin, Asegun Henry e colleghi del Massachusetts Institute of Technology e del National Renewable Energy Laboratory, USA, per realizzazione di una cella termofotovoltaica (TPV) con efficienza superiore al 40%.
La nuova cella TPV è il primo motore termico a stato solido di qualsiasi tipo a convertire la luce infrarossa in energia elettrica in modo più efficiente rispetto a un generatore a turbina e può funzionare con un'ampia gamma di possibili fonti di calore. Questi includono sistemi di accumulo di energia termica, radiazione solare (tramite un assorbitore di radiazione intermedio) e calore di scarto, nonché reazioni nucleari o combustione. Il dispositivo potrebbe quindi diventare un componente importante di una rete elettrica più pulita e più verde e un complemento alle celle fotovoltaiche solari a luce visibile.
L'interruttore optoelettronico più veloce possibile
A Marco Ossiander, Martin Schultze e colleghi del Max Planck Institute for Quantum Optics e LMU Munich in Germania; l'Università della Tecnologia di Vienna e l'Università della Tecnologia di Graz in Austria; e il CNR NANOTEC Istituto di Nanotecnologie in Italia, per definire ed esplorare i "limiti di velocità" della commutazione optoelettronica in un dispositivo fisico.
Il team ha utilizzato impulsi laser della durata di un solo femtosecondo (10-15 s) per commutare un campione di un materiale dielettrico da uno stato isolante a uno stato conduttivo alla velocità necessaria per realizzare un interruttore che funziona 1000 trilioni di volte al secondo (un petahertz). Sebbene l'apparato delle dimensioni di un appartamento richiesto per pilotare questo interruttore super veloce significhi che non apparirà presto nei dispositivi pratici, i risultati implicano un limite fondamentale per l'elaborazione classica del segnale e suggeriscono che l'optoelettronica a stato solido petahertz è, in linea di principio, fattibile .
Aprendo una nuova finestra sull'universo
Alla NASA, all'Agenzia Spaziale Canadese e all'Agenzia Spaziale Europea per il dispiegamento e le prime immagini dal James Webb Space Telescope (JWST).
Dopo anni di ritardi e aumenti dei costi, il JWST da 10 miliardi di dollari finalmente lanciato il 25 dicembre 2021. Per molte sonde spaziali, il lancio è la parte più pericolosa della missione, ma il JWST ha dovuto anche sopravvivere a una serie di pericolose manovre di disimballaggio nello spazio profondo, che hanno comportato l'apertura del suo specchio primario da 6.5 m e l'apertura del suo parasole delle dimensioni di un campo da tennis.
Prima del lancio, gli ingegneri hanno identificato 344 guasti "a punto singolo" che avrebbero potuto ostacolare la missione dell'osservatorio o, peggio, renderlo inutilizzabile. Sorprendentemente, non sono stati riscontrati problemi e seguenti la messa in servizio degli strumenti scientifici del JWST, l'osservatorio iniziò presto a raccogliere dati e catturare immagini spettacolari del cosmo.
La prima foto di JWST è stata annunciata dal presidente degli Stati Uniti Joe Biden in un evento speciale alla Casa Bianca e da allora sono state rilasciate molte immagini abbaglianti. L'osservatorio dovrebbe funzionare fino al 2030 ed è già sulla buona strada per rivoluzionare l'astronomia.
La prima terapia protonica FLASH nell'uomo
A Emily Daugherty dell'Università di Cincinnati negli Stati Uniti e collaboratori che lavorano su Prova FAST-01 per l'esecuzione del primo studio clinico di radioterapia FLASH e il primo utilizzo nell'uomo della terapia protonica FLASH.
La radioterapia FLASH è una tecnica di trattamento emergente in cui le radiazioni vengono erogate a dosi ultraelevate, un approccio che si ritiene risparmi il tessuto sano pur uccidendo efficacemente le cellule tumorali. L'uso di protoni per fornire la radiazione a dose ultra elevata consentirà il trattamento dei tumori situati in profondità all'interno del corpo.
Lo studio ha incluso 10 pazienti con metastasi ossee dolorose alle braccia e alle gambe, che hanno ricevuto un singolo trattamento protonico erogato a 40 Gy/s o superiore, circa 1000 volte il tasso di dose della radioterapia fotonica convenzionale. Il team ha dimostrato la fattibilità del flusso di lavoro clinico e ha dimostrato che la terapia protonica FLASH era efficace quanto la radioterapia convenzionale per alleviare il dolore, senza causare effetti collaterali imprevisti.
Perfezionare la trasmissione e l'assorbimento della luce
Ad una squadra guidata da Stefano Rotter dell'Università tecnica austriaca di Vienna e Matthieu Davis dell'Università di Rennes in Francia per aver creato una struttura antiriflesso che consente trasmissione perfetta attraverso media complessi; insieme a una collaborazione guidata da Rotter e Ori Katz dall'Università Ebraica di Gerusalemme in Israele, per aver sviluppato un “anti-laser” che consente a qualsiasi materiale di assorbire tutta la luce da un'ampia gamma di angolazioni.
Nella prima indagine, i ricercatori hanno progettato uno strato antiriflesso matematicamente ottimizzato per adattarsi al modo in cui le onde si rifletterebbero dalla superficie frontale di un oggetto. Posizionare questa struttura di fronte a un mezzo disordinato in modo casuale elimina completamente i riflessi e rende l'oggetto traslucido a tutte le onde luminose in arrivo.
Nel secondo studio, il team ha sviluppato un assorbitore perfetto coerente, basato su una serie di specchi e lenti, che intrappola la luce in entrata all'interno di una cavità. A causa di effetti di interferenza calcolati con precisione, il raggio incidente interferisce con il raggio riflesso tra gli specchi, in modo che il raggio riflesso sia quasi completamente spento.
L'arseniuro di boro cubico è un campione di semiconduttori
A squadre indipendenti guidate da Banda Chen presso il Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti e Xin Feng Liu del National Center for Nanoscience and Technology di Pechino, in Cina, per aver dimostrato che l'arseniuro di boro cubico è uno dei migliori semiconduttori conosciuti dalla scienza.
I due gruppi hanno condotto esperimenti che hanno rivelato che piccole regioni pure del materiale hanno una conducibilità termica e una mobilità dei fori molto più elevate rispetto ai semiconduttori come il silicio, che costituisce la base dell'elettronica moderna. La bassa mobilità dei fori del silicio limita la velocità di funzionamento dei dispositivi al silicio, mentre la sua bassa conduttività termica provoca il surriscaldamento dei dispositivi elettronici.
Al contrario, si prevedeva da tempo che l'arseniuro di boro cubico avrebbe superato il silicio su queste misure, ma i ricercatori avevano faticato a creare campioni di cristallo singolo del materiale sufficientemente grandi per misurarne le proprietà. Ora, tuttavia, entrambe le squadre hanno superato questa sfida, avvicinando ulteriormente l'uso pratico dell'arseniuro di boro cubico.
Cambiare l'orbita di un asteroide
Alla NASA e la Johns Hopkins Laboratorio di fisica applicata negli Stati Uniti per la prima dimostrazione di "impatto cinetico" cambiando con successo l'orbita di un asteroide.
Lanciato a novembre 2021, le Doppio test di reindirizzamento degli asteroidi (DART) è stata la prima missione in assoluto a studiare l'impatto cinetico di un asteroide. Il suo obiettivo era un sistema di asteroidi binario vicino alla Terra costituito da un corpo di 160 metri di diametro chiamato Dimorphos che orbita attorno a un asteroide più grande di 780 metri di diametro chiamato Didymos.
Dopo un viaggio di 11 milioni di chilometri verso il sistema di asteroidi, in ottobre DART ha colpito con successo Dimorphos viaggiando a circa 6 km/s. Giorni dopo, la NASA confermato che DART aveva alterato con successo l'orbita del Dimorphos di 32 minuti, accorciando l'orbita da 11 ore e 55 minuti a 11 ore e 23 minuti.
Questo cambiamento è stato circa 25 volte maggiore dei 73 secondi che la NASA aveva definito come un cambiamento minimo del periodo orbitale riuscito. I risultati serviranno anche per valutare come applicare al meglio la tecnica dell'impatto cinetico per difendere il nostro pianeta.
Rilevamento di un effetto Aharonov-Bohm per la gravità
A Chris Overstreet, Pietro Asenbaum, Marco Kasevich e colleghi della Stanford University negli Stati Uniti per aver rilevato un effetto Aharonov-Bohm per la gravità.
Predetto per la prima volta nel 1949, l'originale effetto Aharonov-Bohm è un fenomeno quantistico per cui la funzione d'onda di una particella carica è influenzata da un potenziale elettrico o magnetico anche quando la particella si trova in una regione di zero campi elettrici e magnetici. Dagli anni '1960, l'effetto è stato osservato dividendo un fascio di elettroni e inviando i due fasci su entrambi i lati di una regione contenente un campo magnetico completamente schermato. Quando i raggi vengono ricombinati in un rivelatore, l'effetto Aharonov-Bohm si rivela come un'interferenza tra i raggi.
Ora, i fisici di Stanford hanno osservato a versione gravitazionale dell'effetto utilizzando atomi ultrafreddi. Il team ha diviso gli atomi in due gruppi separati da circa 25 cm, con un gruppo che interagiva gravitazionalmente con una grande massa. Quando ricombinati, gli atomi hanno mostrato un'interferenza coerente con un effetto Aharonov-Bohm per la gravità. L'effetto potrebbe essere utilizzato per determinare la costante gravitazionale di Newton con altissima precisione.
- Congratulazioni a tutte le squadre che sono state premiate e rimanete sintonizzati per il vincitore assoluto, che sarà annunciato mercoledì 14 dicembre 2022.
