물리 세계 는 양자 및 의학 물리학에서 천문학 및 응집 물질에 이르기까지 모든 것을 포괄하는 10년 올해의 2022대 혁신을 발표하게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 전체 물리 세계 올해의 돌파구는 14월 XNUMX일 수요일에 공개됩니다.
10개의 돌파구는 패널에 의해 선정되었습니다. 물리 세계 편집자들은 올해 모든 물리학 분야에 걸쳐 웹사이트에 게시된 수백 건의 연구 업데이트를 선별했습니다. 에 보고된 것 외에도 물리 세계 2022년에는 다음 기준을 충족해야 합니다.
- 지식이나 이해의 상당한 발전
- 과학적 진보 및/또는 실제 응용 프로그램 개발을 위한 작업의 중요성
- 일반적인 관심사 물리 세계 독자들
10년 상위 2022개 혁신은 특별한 순서 없이 아래에 나열되어 있습니다. 다음 주에 다시 와서 어느 것이 전체를 담았는지 알아보십시오. 물리 세계 올해의 돌파구 상.
극저온 화학의 새로운 시대를 열다
에 자오 보, 판 지안 웨이 그리고 중국 과학 기술 대학(USTC)과 베이징의 중국 과학 아카데미의 동료들; 그리고 독립적으로 존 도일 최초의 초저온 다원자 분자를 만든 미국 하버드 대학의 동료들.
물리학자들은 30년 이상 동안 원자를 절대 영도 이상으로 냉각시키고 최초의 초저온 이원자 분자가 2000년대 중반에 등장했지만, XNUMX개 이상의 원자를 포함하는 초저온 분자를 만드는 목표는 파악하기 어려웠습니다.
다양하고 보완적인 기술을 사용하여 USTC와 Harvard 팀은 다음과 같은 샘플을 생성했습니다. 삼원자 나트륨-칼륨 분자 220nK에서 수산화 나트륨 각각 110µK에서. 이들의 성과는 초저온 화학 반응 연구, 새로운 형태의 양자 시뮬레이션, 이러한 다중 원자 분자 플랫폼 덕분에 실현에 가까워진 기초 과학 테스트를 통해 물리학 및 화학 분야의 새로운 연구를 위한 길을 열었습니다.
XNUMX중성자 관찰
에 메이탈 듀어 독일 다름슈타트 공과대학의 핵물리학 연구소와 나머지 사무라이 콜라보레이션 for XNUMX중성자를 관찰하다 매우 짧은 시간 동안만 충전되지 않은 핵 물질이 존재한다는 것을 보여줍니다.
8개의 중성자로 구성된 8중성자는 일본 RIKEN Nishina Centre의 방사성 이온 빔 공장에서 발견되었습니다. XNUMX중성자는 액체 수소의 표적에 헬륨-XNUMX 핵을 발사하여 생성되었습니다. 충돌은 헬륨-XNUMX 핵을 알파 입자(XNUMX개의 양성자와 XNUMX개의 중성자)와 XNUMX중성자로 분리할 수 있습니다.
연구팀은 반동하는 알파 입자와 수소 핵을 감지해 10개의 중성자가 단 XNUMX분 동안만 결합되지 않은 XNUMX중성자 상태로 존재한다는 사실을 알아냈다.-22 에스. 관찰의 통계적 유의성은 5σ보다 커서 입자 물리학의 발견을 위한 임계값을 초과합니다. 연구팀은 이제 XNUMX중성자 내의 개별 중성자를 연구하고 XNUMX개 및 XNUMX개의 중성자를 포함하는 새로운 입자를 찾을 계획입니다.
초효율 발전
에 알리나 라포틴, 아스군 헨리 그리고 매사추세츠 공과 대학과 미국 국립 재생 에너지 연구소의 동료들은 효율이 40% 이상인 열광전지(TPV) 셀 구성.
새로운 TPV 셀은 적외선을 터빈 기반 발전기보다 더 효율적으로 전기 에너지로 변환하는 모든 종류의 최초의 고체 열 엔진이며 가능한 광범위한 열원으로 작동할 수 있습니다. 여기에는 열 에너지 저장 시스템, 태양 복사(중간 복사 흡수 장치를 통한) 및 폐열과 핵 반응 또는 연소가 포함됩니다. 따라서 이 장치는 더 깨끗하고 친환경적인 전기 그리드의 중요한 구성 요소가 될 수 있으며 가시광선 태양광 전지를 보완할 수 있습니다.
가장 빠른 광전자 스위치
에 마커스 오시안더, 마틴 슐츠 Max Planck Institute for Quantum Optics 및 독일 LMU 뮌헨의 동료들; 비엔나 기술 대학교 및 오스트리아의 그라츠 기술 대학교; 및 이탈리아의 CNR NANOTEC 나노기술 연구소, 광전자 스위칭의 "속도 제한" 정의 및 탐색 물리적 장치에서.
팀은 단 10펨토초(XNUMX-15 s) 초당 1000조 번(XNUMX 페타헤르츠) 작동하는 스위치를 구현하는 데 필요한 속도로 유전체 샘플을 절연 상태에서 전도 상태로 전환합니다. 이 초고속 스위치를 구동하는 데 필요한 아파트 크기의 장치는 곧 실용적인 장치에 나타나지 않을 것임을 의미하지만 결과는 고전적인 신호 처리의 근본적인 한계를 암시하고 페타헤르츠 고체 광전자가 원칙적으로 실현 가능함을 시사합니다. .
우주의 새 창을 열다
NASA, 캐나다 우주국 및 유럽 우주국에 배치를 위해 그리고 첫 번째 이미지는 제임스 웹 우주 망원경 (JWST).
수년간의 지연과 비용 인상에 이어 10억 달러 규모의 JWST 마침내 시작 25년 2021월 6.5일. 많은 우주 탐사선의 경우 발사는 임무에서 가장 위험한 부분이지만 JWST는 XNUMXm 주경을 펼치는 것뿐만 아니라 테니스 코트 크기의 선실드.
출시 전에 엔지니어들은 천문대의 임무를 방해하거나 더 나쁘게는 사용할 수 없게 만들 수 있는 344개의 "단일 지점" 오류를 식별했습니다. 놀랍게도 문제가 발생하지 않았으며 다음과 같습니다. 시운전 JWST의 과학 장비 중 천문대는 곧 데이터를 수집하기 시작했고 우주의 멋진 이미지를 캡처.
첫 번째 JWST 사진은 조 바이든 미국 대통령이 백악관 특별 행사에서 발표했으며 이후 많은 눈부신 이미지가 공개되었습니다. 천문대는 2030년대까지 잘 운영될 것으로 예상되며 이미 천문학에 혁명을 일으키고 있습니다.
인간 최초의 FLASH 양성자 치료
에 에밀리 도허티 미국 신시내티 대학의 연구원들과 FAST-01 시험 수행을 위해 FLASH 방사선 요법의 첫 번째 임상 시험 FLASH 양성자 요법의 인간 최초 사용.
FLASH 방사선 요법은 방사선이 매우 높은 선량률로 전달되는 새로운 치료 기술로, 건강한 조직을 보호하면서 여전히 효과적으로 암세포를 죽이는 것으로 생각되는 접근 방식입니다. 초고선량 방사선을 전달하기 위해 양성자를 사용하면 체내 깊숙이 위치한 종양을 치료할 수 있습니다.
이 실험에는 팔과 다리에 고통스러운 뼈 전이가 있는 10명의 환자가 포함되었으며, 이들은 기존 광자 방사선 요법의 선량률의 약 40배인 1000Gy/s 이상에서 전달되는 단일 양성자 치료를 받았습니다. 팀은 임상 작업 흐름의 타당성을 입증했으며 FLASH 양성자 요법이 예상치 못한 부작용을 일으키지 않고 통증 완화에 기존 방사선 요법만큼 효과적임을 보여주었습니다.
빛의 투과와 흡수를 완벽하게
가 이끄는 팀에게 스테판 로터 오스트리아 비엔나공과대학과 매튜 데이비 무반사 구조를 만든 프랑스 렌 대학교(University of Rennes) 복잡한 매체를 통한 완벽한 전송; Rotter와 오리 카츠 이스라엘 예루살렘 히브리 대학교에서 "안티 레이저” 모든 재료가 다양한 각도에서 모든 빛을 흡수할 수 있도록 합니다.
첫 번째 조사에서 연구자들은 물체의 전면에서 파동이 반사되는 방식과 일치하도록 수학적으로 최적화된 반사 방지층을 설계했습니다. 임의로 무질서한 매체 앞에 이 구조를 배치하면 반사가 완전히 제거되고 물체가 들어오는 모든 광파에 대해 반투명하게 됩니다.
두 번째 연구에서 팀은 캐비티 내부에 들어오는 빛을 가두는 일련의 거울과 렌즈를 기반으로 일관된 완전 흡수체를 개발했습니다. 정밀하게 계산된 간섭 효과로 인해 입사 광선은 거울 사이에서 다시 반사되는 광선과 간섭하여 반사 광선이 거의 완전히 소멸됩니다.
Cubic boron arsenide는 챔피언 반도체입니다.
가 이끄는 독립 팀에게 갱첸 미국 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)과 류신펑 입방정 비소화붕소가 과학에 알려진 최고의 반도체 중 하나.
두 그룹은 재료의 작고 순수한 영역이 현대 전자 장치의 기초를 형성하는 실리콘과 같은 반도체보다 훨씬 더 높은 열전도성과 정공 이동성을 가지고 있음을 밝힌 실험을 수행했습니다. 실리콘의 낮은 정공 이동성은 실리콘 장치가 작동하는 속도를 제한하는 반면 낮은 열전도율은 전자 장치를 과열시킵니다.
대조적으로 입방정 비소화붕소는 이러한 측정에서 실리콘을 능가할 것으로 오랫동안 예측되었지만 연구자들은 그 특성을 측정하기에 충분히 큰 단결정 재료 샘플을 만드는 데 어려움을 겪었습니다. 그러나 이제 두 팀 모두 이 문제를 극복하여 입방정 비화붕소의 실용화에 한 걸음 더 다가갔습니다.
소행성의 궤도 변경
NASA에 그리고 존스 홉킨스 미국 응용물리학 연구실 for 첫 번째 시연 소행성의 궤도를 성공적으로 변경하여 "운동학적 충격"의
2021년 XNUMX월 출시Walk Through California 프로그램, 이중 소행성 리디렉션 테스트 (DART) 우주선은 소행성의 운동학적 충돌을 조사하는 최초의 임무였습니다. 그것의 목표는 Didymos라고 불리는 더 큰 직경 160m의 소행성을 공전하는 Dimorphos라고 불리는 직경 780m의 몸체로 구성된 바이너리 근지구 소행성 시스템이었습니다.
소행성계까지 11만 킬로미터를 여행한 후 6월 DART는 약 XNUMXkm/s의 속도로 Dimorphos에 성공적으로 충돌했습니다. 며칠 후, NASA 확인 된 DART는 성공적으로 Dimorphos의 궤도를 32분 변경하여 궤도를 11시간 55분에서 11시간 23분으로 단축했습니다.
이 변화는 NASA가 최소 성공적인 궤도 주기 변화로 정의한 25초보다 약 73배 더 컸습니다. 결과는 또한 지구를 보호하기 위해 운동 충격 기술을 가장 잘 적용하는 방법을 평가하는 데 사용될 것입니다.
중력에 대한 Aharonov–Bohm 효과 감지
에 크리스 오버스트리트, 피터 아센바움, 마크 카세비치 중력에 대한 Aharonov-Bohm 효과를 감지한 미국 스탠포드 대학의 동료들.
1949년에 처음 예측된 최초의 Aharonov-Bohm 효과는 하전 입자의 파동 함수가 입자가 전기장과 자기장이 없는 영역에 있을 때에도 전기 또는 자기 전위의 영향을 받는 양자 현상입니다. 1960년대 이후 전자 빔을 분할하고 완전히 차폐된 자기장을 포함하는 영역의 양쪽에 두 개의 빔을 보내는 방식으로 효과가 관찰되었습니다. 빔이 검출기에서 재결합되면 Aharonov-Bohm 효과가 빔 사이의 간섭으로 나타납니다.
이제 스탠포드 물리학자들은 다음을 관찰했습니다. 효과의 중력 버전 초저온 원자를 사용합니다. 팀은 원자를 약 25cm 떨어진 두 그룹으로 나누었고 한 그룹은 큰 질량과 중력적으로 상호 작용했습니다. 재결합했을 때 원자는 중력에 대한 Aharonov–Bohm 효과와 일치하는 간섭을 나타냈습니다. 이 효과는 매우 높은 정밀도로 뉴턴의 중력 상수를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.
- 수상한 모든 팀에게 축하를 전하며 14년 2022월 XNUMX일 수요일에 발표될 전체 우승자를 계속 지켜봐 주시기 바랍니다.
