Mundo da física tem o prazer de anunciar seus 10 principais avanços do ano para 2022, que abrangem tudo, desde física quântica e médica até astronomia e matéria condensada. o geral Mundo da física A Revelação do Ano será revelada na quarta-feira, 14 de dezembro.
Os 10 Breakthroughs foram selecionados por um painel de Mundo da física editores, que examinaram centenas de atualizações de pesquisa publicadas no site este ano em todos os campos da física. Além de ter sido relatado em Mundo da física em 2022, as seleções devem atender aos seguintes critérios:
- Avanço significativo no conhecimento ou compreensão
- Importância do trabalho para o progresso científico e/ou desenvolvimento de aplicações do mundo real
- De interesse geral para Mundo da física leitores
Os 10 principais avanços para 2022 estão listados abaixo em nenhuma ordem específica. Volte na próxima semana para descobrir qual deles conquistou o total Mundo da física Prêmio Revelação do Ano.
Inaugurando uma nova era para a química ultrafria
Para Bo Zhao, Jian Wei Pan e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) e da Academia Chinesa de Ciências em Pequim; e de forma independente para John doyle e colegas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, por criarem as primeiras moléculas poliatômicas ultrafrias.
Embora os físicos estejam resfriando os átomos a uma fração acima do zero absoluto há mais de 30 anos, e as primeiras moléculas diatômicas ultrafrias tenham aparecido em meados dos anos 2000, o objetivo de fazer moléculas ultrafrias contendo três ou mais átomos provou ser ilusório.
Usando técnicas diferentes e complementares, as equipes do USTC e de Harvard produziram amostras de moléculas triatômicas de sódio-potássio a 220 nK e hidróxido de sódio a 110 µK, respectivamente. Sua conquista abre caminho para novas pesquisas em física e química, com estudos de reações químicas ultrafrias, novas formas de simulação quântica e testes de ciência fundamental, todos mais próximos de serem realizados graças a essas plataformas moleculares de múltiplos átomos.
Observando o tetraneutron
Para Meytal Duer no Instituto de Física Nuclear da Universidade Técnica Alemã de Darmstadt e no resto do Colaboração SAMURAI para observando o tetraneutron e mostrando que a matéria nuclear não carregada existe, mesmo que apenas por um tempo muito curto.
Composto por quatro nêutrons, o tetraneutron foi descoberto na Fábrica de Feixes de Íons Radioativos do Centro RIKEN Nishina, no Japão. Os tetraneutrons foram criados disparando núcleos de hélio-8 em um alvo de hidrogênio líquido. As colisões podem dividir um núcleo de hélio-8 em uma partícula alfa (dois prótons e dois nêutrons) e um tetraneutron.
Ao detectar as partículas alfa em recuo e os núcleos de hidrogênio, a equipe descobriu que os quatro nêutrons existiam em um estado de tetranêutron não ligado por apenas 10-22 s. A significância estatística da observação é maior que 5σ, colocando-a acima do limite para uma descoberta na física de partículas. A equipe agora planeja estudar os nêutrons individuais dentro dos tetraneutrons e procurar por novas partículas contendo seis e oito nêutrons.
Geração de eletricidade supereficiente
Para Alina LaPotin, Henry Asegun e colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e do Laboratório Nacional de Energia Renovável, EUA, para construção de uma célula termofotovoltaica (TPV) com eficiência superior a 40%.
A nova célula TPV é o primeiro motor térmico de estado sólido de qualquer tipo a converter luz infravermelha em energia elétrica com mais eficiência do que um gerador baseado em turbina, e pode operar com uma ampla gama de fontes de calor possíveis. Estes incluem sistemas de armazenamento de energia térmica, radiação solar (através de um absorvedor de radiação intermediário) e calor residual, bem como reações nucleares ou combustão. O dispositivo pode, portanto, se tornar um componente importante de uma rede elétrica mais limpa e ecológica e um complemento para células solares fotovoltaicas de luz visível.
O switch optoeletrônico mais rápido possível
Para Marcus Ossiander, Martin Schultze e colegas do Max Planck Institute for Quantum Optics e LMU Munich na Alemanha; a Universidade de Tecnologia de Viena e a Universidade de Tecnologia de Graz, na Áustria; e o Instituto de Nanotecnologia CNR NANOTEC na Itália, para definindo e explorando os “limites de velocidade” da comutação optoeletrônica em um dispositivo físico.
A equipe usou pulsos de laser com duração de apenas um femtossegundo (10-15 s) para mudar uma amostra de um material dielétrico de um estado isolante para um estado condutor na velocidade necessária para realizar uma mudança que opera 1000 trilhões de vezes por segundo (um petahertz). Embora o aparato do tamanho de um apartamento necessário para acionar esse comutador super-rápido signifique que ele não aparecerá em dispositivos práticos tão cedo, os resultados implicam um limite fundamental para o processamento clássico de sinais e sugerem que a optoeletrônica de estado sólido petahertz é, em princípio, viável .
Abrindo uma nova janela para o universo
À NASA, à Agência Espacial Canadense e à Agência Espacial Européia para a implantação e as primeiras imagens do Telescópio espacial James Webb (JST).
Após anos de atrasos e aumentos de custos, o JWST de US$ 10 bilhões finalmente lançado em 25 de dezembro de 2021. Para muitas sondas espaciais, o lançamento é a parte mais perigosa da missão, mas o JWST também teve que sobreviver a uma série de perigosas manobras de desempacotamento no espaço profundo, que envolveram o desdobramento de seu espelho primário de 6.5 m, bem como o desdobramento de seu protetor solar do tamanho de uma quadra de tênis.
Antes do lançamento, os engenheiros identificaram 344 falhas de “ponto único” que poderiam ter prejudicado a missão do observatório ou, pior ainda, torná-lo inutilizável. Notavelmente, nenhum problema foi encontrado e seguindo o comissionamento dos instrumentos científicos do JWST, o observatório logo começou a coletar dados e capturando imagens espetaculares do cosmos.
A primeira foto do JWST foi anunciada pelo presidente dos EUA, Joe Biden, em um evento especial na Casa Branca e muitas imagens deslumbrantes foram lançadas desde então. Espera-se que o observatório opere até a década de 2030 e já esteja a caminho de revolucionar a astronomia.
Primeira terapia de prótons FLASH em humanos
Para Emily Daugherty da Universidade de Cincinnati nos Estados Unidos e colaboradores que trabalham no Teste FAST-01 por realizar o primeiro ensaio clínico de radioterapia FLASH e o primeiro uso em humanos da terapia de prótons FLASH.
A radioterapia FLASH é uma técnica de tratamento emergente na qual a radiação é administrada em taxas de dose ultra-altas, uma abordagem que supostamente poupa o tecido saudável enquanto ainda mata efetivamente as células cancerígenas. O uso de prótons para fornecer a radiação de alta taxa de dose permitirá o tratamento de tumores localizados no interior do corpo.
O estudo incluiu 10 pacientes com metástases ósseas dolorosas em seus braços e pernas, que receberam um único tratamento de próton administrado a 40 Gy/s ou mais – cerca de 1000 vezes a taxa de dose da radioterapia convencional de fótons. A equipe demonstrou a viabilidade do fluxo de trabalho clínico e mostrou que a terapia de prótons FLASH era tão eficaz quanto a radioterapia convencional para alívio da dor, sem causar efeitos colaterais inesperados.
Aperfeiçoamento da transmissão e absorção de luz
A uma equipa liderada por Stefan Rotter da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, e Matthieu Davy da Universidade de Rennes na França por criar uma estrutura anti-reflexo que permite transmissão perfeita através de mídia complexa; juntamente com uma colaboração liderada por Rotter e Ori Katz da Universidade Hebraica de Jerusalém em Israel, por desenvolver um “anti-laser” que permite que qualquer material absorva toda a luz de uma ampla gama de ângulos.
Na primeira investigação, os pesquisadores projetaram uma camada anti-reflexo matematicamente otimizada para corresponder à forma como as ondas refletiriam na superfície frontal de um objeto. Colocar essa estrutura na frente de um meio desordenado aleatoriamente elimina completamente os reflexos e torna o objeto translúcido para todas as ondas de luz que chegam.
No segundo estudo, a equipe desenvolveu um absorvedor coerente perfeito, baseado em um conjunto de espelhos e lentes, que retém a luz que entra dentro de uma cavidade. Devido a efeitos de interferência calculados com precisão, o feixe incidente interfere com o feixe refletido de volta entre os espelhos, de modo que o feixe refletido é quase completamente extinto.
O arsenieto de boro cúbico é um semicondutor campeão
A equipas independentes lideradas por Gangue Chen no Instituto de Tecnologia de Massachusetts nos Estados Unidos e Xinfeng Liu do Centro Nacional de Nanociência e Tecnologia em Pequim, China, por mostrar que o arsenieto de boro cúbico é um dos melhores semicondutores conhecidos pela ciência.
Os dois grupos fizeram experimentos que revelaram que regiões pequenas e puras do material têm condutividade térmica e mobilidade de buracos muito maiores do que semicondutores como o silício, que forma a base da eletrônica moderna. A baixa mobilidade de buracos do silício limita a velocidade na qual os dispositivos de silício operam, enquanto sua baixa condutividade térmica causa superaquecimento dos dispositivos eletrônicos.
O arsenieto de boro cúbico, em contraste, há muito foi previsto para superar o silício nessas medidas, mas os pesquisadores lutaram para criar amostras de cristal único grandes o suficiente do material para medir suas propriedades. Agora, no entanto, ambas as equipes superaram esse desafio, aproximando o uso prático do arsenieto de boro cúbico.
Mudando a órbita de um asteróide
para a NASA e os votos de Johns Hopkins Laboratório de Física Aplicada nos EUA para a primeira demonstração de “impacto cinético” ao mudar com sucesso a órbita de um asteroide.
Lançado em novembro de 2021, Teste de Redirecionamento de Asteróide Duplo (DART) foi a primeira missão a investigar o impacto cinético de um asteroide. Seu alvo era um sistema binário de asteroides próximo à Terra, que consiste em um corpo de 160 metros de diâmetro chamado Dimorphos que orbita um asteroide maior de 780 metros de diâmetro chamado Didymos.
Após uma jornada de 11 milhões de quilômetros até o sistema de asteroides, em outubro o DART impactou Dimorphos com sucesso enquanto viajava a cerca de 6 km/s. Dias depois, a NASA confirmado que o DART alterou com sucesso a órbita do Dimorphos em 32 minutos - encurtando a órbita de 11 horas e 55 minutos para 11 horas e 23 minutos.
Essa mudança foi cerca de 25 vezes maior do que os 73 segundos que a NASA havia definido como uma mudança mínima de período de órbita bem-sucedida. Os resultados também serão usados para avaliar a melhor forma de aplicar a técnica de impacto cinético para defender nosso planeta.
Detectando um efeito Aharonov-Bohm para a gravidade
Para Chris Overstreet, Peter Asenbaum, Marcos Kasevich e colegas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, por detectar um efeito Aharonov-Bohm para a gravidade.
Previsto pela primeira vez em 1949, o efeito Aharonov-Bohm original é um fenômeno quântico pelo qual a função de onda de uma partícula carregada é afetada por um potencial elétrico ou magnético, mesmo quando a partícula está em uma região de zero campos elétricos e magnéticos. Desde a década de 1960, o efeito foi observado dividindo um feixe de elétrons e enviando os dois feixes de cada lado de uma região contendo um campo magnético completamente blindado. Quando os feixes são recombinados em um detector, o efeito Aharonov-Bohm é revelado como uma interferência entre os feixes.
Agora, os físicos de Stanford observaram uma versão gravitacional do efeito usando átomos ultrafrios. A equipe dividiu os átomos em dois grupos separados por cerca de 25 cm, com um grupo interagindo gravitacionalmente com uma grande massa. Quando recombinados, os átomos exibiram uma interferência que é consistente com um efeito Aharonov-Bohm para a gravidade. O efeito pode ser usado para determinar a constante gravitacional de Newton com uma precisão muito alta.
- Parabéns a todas as equipes que foram homenageadas – e fique atento ao vencedor geral, que será anunciado na quarta-feira, 14 de dezembro de 2022.
