物理学の世界 は、10 年のブレークスルー オブ ザ イヤー トップ 2022 を発表できることを嬉しく思います。 全体的な 物理学の世界 ブレークスルー オブ ザ イヤーは、14 月 XNUMX 日水曜日に発表されます。
10 のブレークスルーが審査員団によって選ばれました。 物理学の世界 編集者は、物理学のすべての分野にわたって、今年ウェブサイトに公開された何百もの研究の最新情報をふるいにかけました。 で報告されたことに加えて、 物理学の世界 2022 年に、選択は次の基準を満たす必要があります。
- 知識または理解の著しい進歩
- 科学の進歩および/または実世界への応用の開発のための作業の重要性
- 一般的に関心のある 物理学の世界 読者
10 年のブレークスルー トップ 2022 を順不同で以下に示します。 来週戻ってきて、どれが全体的にバッグに入ったかを調べます 物理学の世界 ブレイクスルー・オブ・ザ・イヤー賞。
極低温化学の新時代の幕開け
に ボージャオ, 建偉鍋 中国科学技術大学（USTC）と北京の中国科学院の同僚。 そして独立して ジョン・ドイル と米国のハーバード大学の同僚は、最初の超低温多原子分子を作成しました。
物理学者は 30 年以上にわたって原子を絶対零度を超える割合まで冷却してきましたが、最初の超低温二原子分子は 2000 年代半ばに登場しましたが、XNUMX つ以上の原子を含む超低温分子を作るという目標はとらえどころのないものでした。
USTC とハーバードのチームは、異なる補完的な手法を使用して、 三原子ナトリウム - カリウム分子 220 nK で 水酸化ナトリウム それぞれ 110 μ K で。 彼らの成果は、これらの多原子分子プラットフォームのおかげで、極低温化学反応の研究、新しい形の量子シミュレーション、基礎科学のテストなど、物理学と化学の両方における新しい研究への道を開きます。
四中性子の観測
に メイタル・デュアー ドイツのダルムシュタット工科大学の核物理学研究所とその他の研究所で サムライコラボ for 四中性子の観測 そして、荷電されていない核物質が非常に短時間しか存在しないことを示しています。
8 つの中性子で構成されるテトラ中性子は、日本の理化学研究所仁科センターの放射性イオンビーム工場で発見されました。 テトラ中性子は、液体水素のターゲットでヘリウム 8 原子核を発射することによって作成されました。 衝突により、ヘリウム XNUMX 原子核がアルファ粒子 (XNUMX つの陽子と XNUMX つの中性子) と XNUMX つの中性子に分割される可能性があります。
反跳するアルファ粒子と水素原子核を検出することで、研究チームは 10 つの中性子が束縛されていない XNUMX 中性子状態でわずか XNUMX 年間存在したことを突き止めました。 - 22 秒。 観測値の統計的有意性は 5σ を超えており、素粒子物理学における発見のしきい値を超えています。 チームは現在、四中性子内の個々の中性子を研究し、XNUMX 個と XNUMX 個の中性子を含む新しい粒子を探すことを計画しています。
超効率的な発電
に アリーナ・ラポーティン, アセグンヘンリー マサチューセッツ工科大学と米国立再生可能エネルギー研究所の同僚 40% 以上の効率を持つ熱光起電力 (TPV) セルの構築.
新しい TPV セルは、タービンベースの発電機よりも効率的に赤外線を電気エネルギーに変換する、あらゆる種類の固体熱エンジンであり、幅広い熱源で動作できます。 これらには、熱エネルギー貯蔵システム、太陽放射 (中間放射吸収体による)、廃熱、核反応または燃焼が含まれます。 したがって、このデバイスは、よりクリーンで環境に優しい電力網の重要なコンポーネントとなり、可視光の太陽電池を補完するものになる可能性があります。
最速の光電子スイッチ
に マーカスオシアンダー, マーティンシュルツ ドイツのMax Planck Institute for Quantum OpticsとLMU Munichの同僚。 オーストリアのウィーン工科大学とグラーツ工科大学。 およびイタリアのCNR NANOTECナノテクノロジー研究所 光電子スイッチングの「速度限界」の定義と調査 物理デバイスで。
チームは、わずか 10 フェムト秒 (XNUMX - 15 s) 1000 秒間に XNUMX 兆回 (XNUMX ペタヘルツ) 動作するスイッチを実現するために必要な速度で、誘電体材料のサンプルを絶縁状態から導電状態に切り替えます。 この超高速スイッチを駆動するために必要なアパートサイズの装置は、すぐには実用的なデバイスに登場しないことを意味しますが、結果は、古典的な信号処理の基本的な限界を示唆し、ペタヘルツの固体オプトエレクトロニクスが原理的に実現可能であることを示唆しています.
宇宙の新しい窓を開く
NASA、カナダ宇宙機関、欧州宇宙機関へ 展開のために からの最初の画像 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 （JWST）。
何年にもわたる遅延とコストの上昇に続いて、10 億ドルの JWST ついに発売 25 年 2021 月 6.5 日に。テニスコートサイズの日よけ。
打上げ前に、エンジニアは、天文台のミッションを妨げたり、さらに悪いことに、天文台を使用できなくする可能性のある 344 の「単一点」障害を特定しました。 驚くべきことに、問題は発生せず、次のようになりました 試運転 JWST の科学機器のうち、天文台はすぐにデータの取得を開始し、 宇宙の壮大な画像をキャプチャ.
最初の JWST の写真は、ホワイトハウスでの特別イベントで米国大統領のジョー・バイデンによって発表され、その後、多くの見事な画像が公開されました。 この天文台は 2030 年代までうまく機能すると予想されており、すでに天文学に革命を起こす方向に進んでいます。
ヒト初のFLASH陽子線治療
に エミリー・ドーティ 米国のシンシナティ大学と、 FAST-01トライアル 実行するため FLASH 放射線療法の最初の臨床試験 FLASH陽子線治療の人類初の使用。
FLASH 放射線療法は、放射線を超高線量率で照射する新しい治療技術であり、がん細胞を効果的に殺しながら健康な組織を温存すると考えられているアプローチです。 陽子を使って超高線量率の放射線を照射することで、体の奥深くにある腫瘍の治療が可能になります。
この試験には、腕と脚に痛みを伴う骨転移がある 10 人の患者が含まれ、40 Gy/s 以上の単陽子線治療を受けました。これは、従来の光子放射線療法の線量率の約 1000 倍です。 チームは、臨床ワークフローの実現可能性を実証し、FLASH陽子線治療が、予期しない副作用を引き起こすことなく、疼痛緩和のために従来の放射線治療と同じくらい効果的であることを示しました。
光の透過と吸収を完璧に
率いるチームに ステファン・ロッター オーストリアのウィーン工科大学と マチュー・デービー を可能にする反射防止構造を作成したフランスのレンヌ大学の 複雑なメディアを介した完全な伝達; Rotterが率いるコラボレーションとともに、 オリ・カッツ イスラエルのエルサレムのヘブライ大学から、「抗レーザーあらゆる素材が幅広い角度からすべての光を吸収することを可能にします。
最初の調査では、研究者は波が物体の前面から反射する方法に一致するように数学的に最適化された反射防止層を設計しました。 この構造をランダムに無秩序な媒体の前に配置すると、反射が完全になくなり、オブジェクトはすべての入射光波に対して半透明になります。
XNUMX 番目の研究では、チームはミラーとレンズのセットに基づいたコヒーレントな完全吸収体を開発しました。これは、入射光をキャビティ内に閉じ込めます。 正確に計算された干渉効果により、入射ビームはミラー間で反射されたビームと干渉し、反射ビームはほぼ完全に消滅します。
立方晶砒化ホウ素はチャンピオン半導体です
が率いる独立したチームに ギャング・チェン アメリカのマサチューセッツ工科大学と リュー・シンフェン 立方晶砒化砒素が 科学的に知られている最高の半導体の XNUMX つ.
XNUMX つのグループは実験を行い、材料の小さな純粋な領域が、現代のエレクトロニクスの基礎を形成するシリコンなどの半導体よりもはるかに高い熱伝導率と正孔移動度を持っていることを明らかにしました。 シリコンは正孔の移動度が低いため、シリコン デバイスの動作速度が制限され、熱伝導率が低いと電子デバイスが過熱します。
対照的に、立方晶砒化ホウ素は、これらの測定値でシリコンよりも優れていると長い間予測されていましたが、研究者は、その特性を測定するのに十分な大きさの材料の単結晶サンプルを作成するのに苦労していました. しかし、現在、両チームはこの課題を克服し、立方晶砒化砒素の実用化に一歩近づいています。
小惑星の軌道を変える
NASAへ と ジョンズホプキンス 米国応用物理研究所 for 最初のデモンストレーション 小惑星の軌道を変えることに成功した「キネティック・インパクト」。
2021年XNUMX月発売 ダブルアステロイドリダイレクションテスト (DART) 探査機は、小惑星の運動学的影響を調査する史上初のミッションでした。 そのターゲットは、ディディモスと呼ばれるより大きな直径160メートルの小惑星を周回する、ディモルフォスと呼ばれる直径780メートルの天体からなる連星近地球小惑星系でした。
小惑星系への 11 万キロメートルの旅の後、6 月に DART は約 XNUMX km/s で移動しながらディモルフォスに衝突することに成功しました。 数日後、NASA 確認された DART はディモルフォスの軌道を 32 分変更することに成功し、軌道を 11 時間 55 分の軌道から 11 時間 23 分に短縮しました。
この変化は、NASA が軌道周期の変化の成功の最小値として定義した 25 秒の約 73 倍でした。 この結果は、地球を守るためにキネティック インパクト技術をどのように適用するのが最善かを評価するためにも使用されます。
重力に対するアハロノフ・ボーム効果の検出
に クリス・オーバーストリート, ピーター・アセンバウム, マーク・カセビッチ 重力のアハロノフ・ボーム効果を検出したことで、米国のスタンフォード大学の研究者らと共同研究を行った。
1949 年に最初に予測された最初のアハロノフ-ボーム効果は、荷電粒子の波動関数が、電場および磁場がゼロの領域にある場合でも、荷電粒子の波動関数が電位または磁位の影響を受ける量子現象です。 1960 年代以降、この効果は、電子ビームを分割し、完全にシールドされた磁場を含む領域の両側に XNUMX つのビームを送ることによって観察されてきました。 ビームが検出器で再結合されると、アハロノフ・ボーム効果がビーム間の干渉として明らかになります。
現在、スタンフォードの物理学者は、 エフェクトの重力バージョン 超低温原子を使用。 チームは原子を約 25 cm 離れた XNUMX つのグループに分割し、XNUMX つのグループは大きな質量と重力的に相互作用しました。 再結合すると、原子は重力のアハロノフ・ボーム効果と一致する干渉を示しました。 この効果は、ニュートンの重力定数を非常に高い精度で決定するために使用できます。
- 表彰されたすべてのチームにお祝いを申し上げます。総合優勝者は 14 年 2022 月 XNUMX 日水曜日に発表されます。
