עולם הפיזיקה שמחה להכריז על 10 פריצות הדרך המובילות של השנה לשנת 2022, שמתפרשות על כל דבר, החל מפיזיקה קוונטית ורפואית ועד לאסטרונומיה וחומר מעובה. הסך הכל עולם הפיזיקה פריצת הדרך של השנה תיחשף ביום רביעי ה-14 בדצמבר.
10 פריצות הדרך נבחרו על ידי פאנל של עולם הפיזיקה עורכים, שסרנו מאות עדכוני מחקר שפורסמו השנה באתר בכל תחומי הפיזיקה. בנוסף לכך שדווח ב עולם הפיזיקה בשנת 2022, הבחירות חייבות לעמוד בקריטריונים הבאים:
- התקדמות משמעותית בידע או בהבנה
- חשיבות העבודה להתקדמות מדעית ו/או פיתוח יישומים בעולם האמיתי
- עניין כללי ל עולם הפיזיקה הקוראים
10 פריצות הדרך המובילות לשנת 2022 מפורטות להלן ללא סדר מסוים. חזור בשבוע הבא כדי לגלות מי מהם לקח את האוברול עולם הפיזיקה פרס פריצת הדרך של השנה.
פותח עידן חדש לכימיה קרה במיוחד
ל בו ג'או, ג'יאן-וויי פאן ועמיתים באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) ובאקדמיה הסינית למדעים בבייג'ינג; ובאופן עצמאי ל ג'ון דויל ועמיתים באוניברסיטת הרווארד בארה"ב, על יצירת המולקולות הפוליאטומיות האולטרה-קרות הראשונות.
למרות שהפיזיקאים מקררים אטומים לשבריר מעל האפס המוחלט במשך יותר מ-30 שנה, והמולקולות הדיאטומיות האולטרה-קרות הראשונות הופיעו באמצע שנות ה-2000, המטרה לייצר מולקולות אולטרה-קרות המכילות שלושה אטומים או יותר הוכחה חמקמקה.
באמצעות טכניקות שונות ומשלימות, צוותי USTC והרווארד הפיקו דוגמאות של מולקולות נתרן-אשלגן טריאטומיות ב-220 nK ו נתרן הידרוקסידי ב-110 µK, בהתאמה. ההישג שלהם סולל את הדרך למחקר חדש בפיזיקה והן בכימיה, עם מחקרים של תגובות כימיות אולטרה-קרות, צורות חדשות של הדמיית קוונטים ומבחנים של מדע בסיסי, כולם קרובים יותר להתממשות הודות לפלטפורמות מולקולריות רב-אטומיות אלו.
התבוננות בטטראוטרון
ל מיטל דואר במכון לפיזיקה גרעינית באוניברסיטה הטכנית של דרמשטאדט בגרמניה ושאר SAMURAI שיתוף פעולה ל התבוננות בטטראוטרון ומראה שקיים חומר גרעיני לא טעון, ולו לזמן קצר מאוד.
הטטראוטרון, הכולל ארבעה נויטרונים, זוהה במפעל קרני יונים רדיואקטיביים של מרכז RIKEN Nishina ביפן. הטטרנוטרונים נוצרו על ידי ירי גרעיני הליום-8 לעבר מטרה של מימן נוזלי. ההתנגשויות יכולות לפצל גרעין הליום-8 לחלקיק אלפא (שני פרוטונים ושני נויטרונים) ולטטראנוטרון.
על ידי זיהוי חלקיקי האלפא הנרתעים וגרעיני המימן, הצוות מצא כי ארבעת הנייטרונים קיימים במצב טטרנוטרונים לא קשור למשך 10 בלבד-22 ס. המובהקות הסטטיסטית של התצפית גדולה מ-5σ, מה שמעלה אותה מעבר לסף לגילוי בפיזיקה של חלקיקים. הצוות מתכנן כעת לחקור את הנייטרונים הבודדים בתוך הטטרנוטרונים ולחפש חלקיקים חדשים המכילים שישה ושמונה נויטרונים.
ייצור חשמל סופר יעיל
ל אלינה לפוטין, אסגון הנרי ועמיתים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ובמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, ארה"ב, עבור בניית תא תרמופוטו-וולטאי (TPV) עם יעילות של יותר מ-40%.
תא ה-TPV החדש הוא מנוע החום המוצק הראשון מכל סוג שהוא הממיר אור אינפרא אדום לאנרגיה חשמלית בצורה יעילה יותר מאשר גנרטור מבוסס טורבינה, והוא יכול לפעול עם מגוון רחב של מקורות חום אפשריים. אלה כוללים מערכות אחסון אנרגיה תרמית, קרינת שמש (באמצעות בולם קרינה ביניים) וחום פסולת וכן תגובות גרעיניות או בעירה. לכן המכשיר יכול להפוך למרכיב חשוב של רשת חשמל נקייה וירוקה יותר, ולהשלמה לתאים פוטו-וולטאיים סולאריים באור נראה.
המתג האופטו-אלקטרוני המהיר ביותר האפשרי
ל מרקוס אוסינדר, מרטין שולצה ועמיתים במכון מקס פלנק לאופטיקה קוונטית וב-LMU מינכן בגרמניה; האוניברסיטה הטכנולוגית של וינה והאוניברסיטה הטכנולוגית של גראץ באוסטריה; ומכון CNR NANOTEC לננוטכנולוגיה באיטליה, עבור הגדרה וחקירה של "מגבלות המהירות" של מיתוג אופטו-אלקטרוני במכשיר פיזי.
הצוות השתמש בפולסי לייזר שנמשכו שנייה אחת בלבד (10-15 s) להעביר דגימה של חומר דיאלקטרי ממצב מבודד למצב מוליך במהירות הדרושה למימוש מתג שפועל 1000 טריליון פעמים בשנייה (אחד פטהרץ). למרות שהמכשיר בגודל הדירה הנדרש להנעת המתג הסופר-מהיר הזה אומר שהוא לא יופיע במכשירים מעשיים בזמן הקרוב, התוצאות מרמזות על מגבלה בסיסית לעיבוד אותות קלאסי ומצביעות על כך שהאופטו-אלקטרוניקה של מצב מוצק של פטהרץ היא, באופן עקרוני, ריאלית. .
פתיחת חלון חדש על היקום
לנאס"א, לסוכנות החלל הקנדית ולסוכנות החלל האירופית עבור הפריסה ותמונות ראשונות מה ג 'יימס ווב טלסקופ החלל (JWST).
לאחר שנים של עיכובים ועלות עלויות, ה-JWST של 10 מיליארד דולר סוף סוף הושק ב-25 בדצמבר 2021. עבור בדיקות חלל רבות, השיגור הוא החלק המסוכן ביותר במשימה, אך ה-JWST נאלץ לשרוד גם סדרה של תמרוני פריקה מסוכנים בחלל עמוק, שכללו פתיחת המראה הראשית שלו באורך 6.5 מ' וכן פריסתה. מגן שמש בגודל מגרש טניס.
לפני השיגור, המהנדסים זיהו 344 כשלים של "נקודה אחת" שיכולים היו להפריע למשימת המצפה, או גרוע מכך, להפוך אותו לבלתי שמיש. למרבה הפלא, לא נתקלו בבעיות ובעקבותיהן את ההזמנה מהמכשירים המדעיים של ה-JWST, המצפה החל במהרה לקחת נתונים ו לכידת תמונות מרהיבות של הקוסמוס.
תמונת ה-JWST הראשונה הוכרזה על ידי נשיא ארה"ב ג'ו ביידן באירוע מיוחד בבית הלבן ומאז פורסמו תמונות מסנוורות רבות. המצפה צפוי לפעול גם בשנות ה-2030 של המאה ה-XNUMX והוא כבר בדרך לחולל מהפכה באסטרונומיה.
טיפול פרוטונים מסוג FLASH ראשון באדם
ל אמילי דאגרטי מאוניברסיטת סינסינטי בארה"ב ומשתפי פעולה שעובדים על ניסיון של FAST-01 לביצוע ה ניסוי קליני ראשון של טיפול קרינתי ב-FLASH והשימוש הראשון באדם בטיפול פרוטונים FLASH.
רדיותרפיה ב-FLASH היא טכניקת טיפול מתפתחת שבה קרינה מועברת בשיעורי מינון גבוהים במיוחד, גישה שנחשבת חוסכת רקמות בריאות ועדיין הורגת ביעילות תאים סרטניים. שימוש בפרוטונים להעברת קרינה במינון גבוה במיוחד יאפשר טיפול בגידולים הממוקמים עמוק בתוך הגוף.
הניסוי כלל 10 חולים עם גרורות כואבות בעצמות בזרועות וברגליים, שקיבלו טיפול פרוטונים בודד בקצב של 40 Gy/s או יותר - פי 1000 משיעור המינון של רדיותרפיה פוטון קונבנציונלית. הצוות הדגים את ההיתכנות של זרימת העבודה הקלינית והראה שטיפול פרוטונים ב-FLASH יעיל כמו הקרנות קונבנציונליות לשיכוך כאב, מבלי לגרום לתופעות לוואי בלתי צפויות.
שיפור העברת האור והבליעה
לצוות בראשות סטפן רוטר של האוניברסיטה הטכנית של אוסטריה של וינה ו מתיאו דייווי מאוניברסיטת רן בצרפת ליצירת מבנה אנטי השתקפות המאפשר שידור מושלם באמצעות מדיה מורכבת; יחד עם שיתוף פעולה בראשות רוטר ו אורי כץ מהאוניברסיטה העברית בירושלים, על פיתוח "אנטי לייזר" המאפשר לכל חומר לספוג את כל האור ממגוון רחב של זוויות.
בחקירה הראשונה, החוקרים תכננו שכבת אנטי-השתקפות שעברה אופטימיזציה מתמטית כדי להתאים לדרך שבה גלים ישתקפו מהמשטח הקדמי של עצם. הצבת מבנה זה מול מדיום מופרע באקראי מבטלת לחלוטין השתקפויות והופכת את האובייקט לשקוף לכל גלי האור הנכנסים.
במחקר השני, הצוות פיתח בולם מושלם קוהרנטי, המבוסס על סט של מראות ועדשות, הלוכד אור נכנס בתוך חלל. עקב השפעות הפרעות מחושבות במדויק, האלומה התקרית מפריעה לאורה המשתקפת בחזרה בין המראות, כך שהקרן המוחזרת נכבית כמעט לחלוטין.
ארסניד בורון מעוקב הוא מוליך למחצה אלוף
לצוותים עצמאיים בראשות כנופיית חן במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בארה"ב ו שינפנג ליו של המרכז הלאומי לננו-מדע וטכנולוגיה בבייג'ין, סין על כך שהראה כי ארסניד בורון מעוקב הוא אחד המוליכים למחצה הטובים ביותר הידועים למדע.
שתי הקבוצות ערכו ניסויים שגילו שלאזורים קטנים וטהורים של החומר יש מוליכות תרמית וניידות חורים הרבה יותר גבוהים מאשר מוליכים למחצה כמו סיליקון, המהווה את הבסיס לאלקטרוניקה המודרנית. ניידות החורים הנמוכה של סיליקון מגבילה את המהירות שבה פועלים מכשירי סיליקון, בעוד שהמוליכות התרמית הנמוכה שלו גורמת להתחממות יתר של מכשירים אלקטרוניים.
לעומת זאת, נחזה זה מכבר לביצועים טובים יותר מסיליקון במדדים אלה, אך החוקרים התקשו ליצור דגימות חד-גבישיות גדולות מספיק של החומר כדי למדוד את תכונותיו. אולם כעת, שני הצוותים התגברו כעת על האתגר הזה, והביאו את השימוש המעשי בבורון ארסניד מעוקב צעד אחד קרוב יותר.
שינוי מסלול של אסטרואיד
לנאס"א ו ג'ונס הופקינס מעבדת פיזיקה יישומית בארה"ב ל ההפגנה הראשונה של "השפעה קינטית" על ידי שינוי מוצלח של מסלולו של אסטרואיד.
הושק בנובמבר 2021, ה בדיקת ניתוב מחדש של אסטרואידים כפולים כלי השיט (DART) הייתה המשימה הראשונה אי פעם לחקור השפעה קינטית של אסטרואיד. המטרה שלו הייתה מערכת אסטרואידים בינארית ליד כדור הארץ המורכבת מגוף בקוטר 160 מטר בשם דימורפוס המקיף אסטרואיד גדול יותר בקוטר 780 מטר בשם דידימוס.
לאחר מסע של 11 מיליון ק"מ למערכת האסטרואידים, באוקטובר השפיע DART בהצלחה על דימורפוס תוך כדי נסיעה במהירות של כ-6 קמ"ש. ימים לאחר מכן, נאס"א מאושר ש-DART שינה בהצלחה את מסלול הדימורפוס ב-32 דקות - קיצר את המסלול מ-11 שעות ו-55 דקות מסלול ל-11 שעות ו-23 דקות.
שינוי זה היה גדול פי 25 מ-73 השניות שנאס"א הגדירה כשינוי מוצלח של תקופת מסלול מינימלית. התוצאות ישמשו גם להערכת הדרך הטובה ביותר ליישם את טכניקת ההשפעה הקינטית להגנה על כוכב הלכת שלנו.
זיהוי אפקט אהרונוב-בוהם עבור כוח הכבידה
ל כריס אוברסטריט, פיטר אסנבאום, מארק קסביץ' ועמיתים מאוניברסיטת סטנפורד בארה"ב על זיהוי אפקט אהרונוב-בוהם עבור כוח המשיכה.
האפקט המקורי של אהרונוב-בוהם, שנחזה לראשונה ב-1949, הוא תופעה קוונטית לפיה תפקוד הגל של חלקיק טעון מושפע מפוטנציאל חשמלי או מגנטי גם כאשר החלקיק נמצא באזור של אפס שדות חשמליים ומגנטיים. מאז שנות ה-1960, ההשפעה נצפתה על ידי פיצול אלומת אלקטרונים ושליחת שתי האלומות משני צדי אזור המכיל שדה מגנטי ממוגן לחלוטין. כאשר הקורות משולבות מחדש בגלאי, אפקט אהרונוב-בוהם מתגלה כהפרעה בין הקורות.
כעת, הפיזיקאים של סטנפורד הבחינו בא גרסת הכבידה של האפקט באמצעות אטומים קרים במיוחד. הצוות חילק את האטומים לשתי קבוצות שהופרדו בכ-25 ס"מ, כאשר קבוצה אחת מקיימת אינטראקציה כבידה עם מסה גדולה. בשילוב מחדש, האטומים הציגו הפרעה התואמת את אפקט אהרונוב-בוהם עבור כוח הכבידה. ניתן להשתמש באפקט כדי לקבוע את קבוע הכבידה של ניוטון בדיוק גבוה מאוד.
- ברכות לכל הקבוצות שזכו לכבוד - והישארו מעודכנים לגבי הזוכה הכללי, שיוכרז ביום רביעי 14 בדצמבר 2022.
