Lumea fizicii este încântat să anunțe primele 10 descoperiri ale anului pentru 2022, care acoperă orice, de la fizica cuantică și medicală la astronomie și materie condensată. Per total Lumea fizicii Descoperirea anului va fi dezvăluită miercuri, 14 decembrie.
Cele 10 descoperiri au fost selectate de un grup de Lumea fizicii editori, care au cercetat sute de actualizări de cercetare publicate pe site-ul în acest an în toate domeniile fizicii. Pe lângă faptul că a fost raportat în Lumea fizicii în 2022, selecțiile trebuie să îndeplinească următoarele criterii:
- Progres semnificativ în cunoaștere sau înțelegere
- Importanța muncii pentru progresul științific și/sau dezvoltarea aplicațiilor din lumea reală
- De interes general pentru Lumea fizicii cititori
Top 10 descoperiri pentru 2022 sunt enumerate mai jos, fără o anumită ordine. Reveniți săptămâna viitoare pentru a afla care dintre ele a câștigat totalul Lumea fizicii Premiul Breakthrough of the Year.
Inaugurând o nouă eră pentru chimia ultrarece
La Bo Zhao, Jian-Wei Pan și colegii de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) și de la Academia Chineză de Științe din Beijing; și independent să john doyle și colegii de la Universitatea Harvard din SUA, pentru crearea primelor molecule poliatomice ultrareci.
Deși fizicienii au răcit atomii la o fracțiune peste zero absolut de mai bine de 30 de ani, iar primele molecule diatomice ultrareci au apărut la mijlocul anilor 2000, obiectivul de a face molecule ultrareci care conțin trei sau mai mulți atomi s-a dovedit evaziv.
Folosind tehnici diferite și complementare, echipele USTC și Harvard au produs mostre de molecule triatomice de sodiu-potasiu la 220 nK și hidroxid de sodiu la 110 µK, respectiv. Realizarea lor deschide calea pentru noi cercetări atât în fizică, cât și în chimie, cu studii ale reacțiilor chimice ultrareci, forme noi de simulare cuantică și teste ale științei fundamentale, toate mai aproape de a fi realizate datorită acestor platforme moleculare cu mai mulți atomi.
Observarea tetraneutronului
La Meytal Duer la Institutul de Fizică Nucleară de la Universitatea Tehnică din Darmstadt din Germania și restul Colaborare SAMURAI pentru observând tetraneutronul și arătând că materia nucleară neîncărcată există, chiar dacă doar pentru o perioadă foarte scurtă de timp.
Cuprinzând patru neutroni, tetraneutronul a fost observat la Fabrica de fascicule de ioni radioactivi a Centrului RIKEN Nishina din Japonia. Tetraneutronii au fost creați prin arderea nucleelor de heliu-8 către o țintă de hidrogen lichid. Ciocnirile pot împărți un nucleu de heliu-8 într-o particulă alfa (doi protoni și doi neutroni) și un tetraneutron.
Prin detectarea particulelor alfa în recul și a nucleelor de hidrogen, echipa a descoperit că cei patru neutroni au existat într-o stare de tetraneutron nelegat pentru doar 10.-22 s. Semnificația statistică a observației este mai mare de 5σ, punând-o peste pragul pentru o descoperire în fizica particulelor. Echipa intenționează acum să studieze neutronii individuali din tetraneutroni și să caute noi particule care conțin șase și opt neutroni.
Generare de energie electrică super-eficientă
La Alina LaPotin, Asegun Henry și colegii de la Massachusetts Institute of Technology și National Renewable Energy Laboratory, SUA, pentru construirea unei celule termofotovoltaice (TPV) cu o eficiență de peste 40%.
Noua celulă TPV este primul motor termic cu stare solidă de orice fel care convertește lumina infraroșie în energie electrică mai eficient decât un generator bazat pe turbină și poate funcționa cu o gamă largă de posibile surse de căldură. Acestea includ sistemele de stocare a energiei termice, radiația solară (prin intermediul unui absorbant intermediar de radiație) și căldura reziduală, precum și reacțiile nucleare sau arderea. Prin urmare, dispozitivul ar putea deveni o componentă importantă a unei rețele electrice mai curate și mai ecologice și o completare a celulelor solare fotovoltaice cu lumină vizibilă.
Cel mai rapid comutator optoelectronic posibil
La Marcus Ossiander, Martin Schultze și colegii de la Institutul Max Planck pentru Optică Cuantică și LMU Munchen din Germania; Universitatea de Tehnologie din Viena și Universitatea de Tehnologie din Graz din Austria; și Institutul de Nanotehnologie CNR NANOTEC din Italia, pt definirea și explorarea „limitelor de viteză” ale comutării optoelectronice într-un dispozitiv fizic.
Echipa a folosit impulsuri laser cu o durată de doar o femtosecundă (10-15 s) pentru a comuta o probă dintr-un material dielectric dintr-o stare izolatoare într-o stare conducătoare la viteza necesară pentru a realiza un comutator care funcționează de 1000 de trilioane de ori pe secundă (un petahertz). Deși aparatul de dimensiunea unui apartament necesar pentru a acționa acest comutator super-rapid înseamnă că nu va apărea în dispozitivele practice în curând, rezultatele implică o limită fundamentală pentru procesarea clasică a semnalului și sugerează că optoelectronica petahertz cu stare solidă este, în principiu, fezabilă. .
Deschiderea unei noi ferestre asupra universului
Către NASA, Agenția Spațială Canadiană și Agenția Spațială Europeană pentru desfășurare și primele imagini din Telescopul spațial James Webb (JWST).
După ani de întârzieri și creșterea costurilor, JWST de 10 miliarde de dolari lansat în cele din urmă pe 25 decembrie 2021. Pentru multe sonde spațiale, lansarea este cea mai periculoasă parte a misiunii, dar JWST a trebuit, de asemenea, să supraviețuiască unei serii de manevre periculoase de despachetare în spațiul adânc, care au implicat desfacerea oglinzii sale primare de 6.5 m, precum și desfășurarea acesteia. parasolar de mărimea unui teren de tenis.
Înainte de lansare, inginerii au identificat 344 de defecțiuni „un singur punct” care ar fi putut împiedica misiunea observatorului sau, mai rău, să-l facă inutilizabil. În mod remarcabil, nu au fost întâlnite și urmărite probleme punerea in functiune dintre instrumentele științifice ale JWST, observatorul a început curând să preia date și surprinzând imagini spectaculoase ale cosmosului.
Prima poză JWST a fost anunțată de președintele american Joe Biden la un eveniment special la Casa Albă și de atunci au fost lansate multe imagini uluitoare. Se așteaptă ca observatorul să funcționeze până în anii 2030 și este deja pe cale să revoluționeze astronomia.
Prima terapie cu protoni FLASH în om
La Emily Daugherty de la Universitatea din Cincinnati din SUA și colaboratori care lucrează la Proba FAST-01 pentru efectuarea primul studiu clinic de radioterapie FLASH și prima utilizare în om a terapiei cu protoni FLASH.
Radioterapia FLASH este o tehnică de tratament în curs de dezvoltare în care radiațiile sunt livrate la doze ultra-înalte, o abordare despre care se crede că scutește țesutul sănătos, în timp ce ucide efectiv celulele canceroase. Utilizarea protonilor pentru a furniza radiații cu doze ultra-înalte va permite tratamentul tumorilor situate adânc în interiorul corpului.
Studiul a inclus 10 pacienți cu metastaze osoase dureroase la nivelul brațelor și picioarelor, cărora li s-a administrat un singur tratament cu proton la 40 Gy/s sau mai mult – de aproximativ 1000 de ori rata dozei radioterapiei convenționale cu fotoni. Echipa a demonstrat fezabilitatea fluxului de lucru clinic și a arătat că terapia cu protoni FLASH a fost la fel de eficientă ca radioterapia convențională pentru ameliorarea durerii, fără a provoca efecte secundare neașteptate.
Perfecționează transmisia și absorbția luminii
La o echipă condusă de Stefan Rotter a Universității Tehnice din Austria din Viena și Matthieu Davy a Universității din Rennes din Franța pentru crearea unei structuri anti-reflex care să permită transmitere perfectă prin medii complexe; împreună cu o colaborare condusă de Rotter şi Ori Katz de la Universitatea Ebraică din Ierusalim din Israel, pentru dezvoltarea unui „anti-laser” care permite oricărui material să absoarbă toată lumina dintr-o gamă largă de unghiuri.
În prima investigație, cercetătorii au proiectat un strat anti-reflexie care este optimizat matematic pentru a se potrivi cu modul în care s-ar reflecta undele de pe suprafața frontală a unui obiect. Plasarea acestei structuri în fața unui mediu dezordonat aleatoriu elimină complet reflexiile și face obiectul translucid pentru toate undele luminoase de intrare.
În cel de-al doilea studiu, echipa a dezvoltat un absorbant perfect coerent, bazat în jurul unui set de oglinzi și lentile, care captează lumina care intră în interiorul unei cavități. Datorită efectelor de interferență calculate cu precizie, fasciculul incident interferează cu fasciculul reflectat înapoi între oglinzi, astfel încât fasciculul reflectat este aproape complet stins.
Arseniura cubica de bor este un semiconductor campion
Echipelor independente conduse de Gang Chen la Massachusetts Institute of Technology din SUA și Xinfeng Liu de la Centrul Național pentru Nanoștiință și Tehnologie din Beijing, China, pentru că a arătat că arseniura cubică de bor este unul dintre cei mai buni semiconductori cunoscuți de știință.
Cele două grupuri au făcut experimente care au dezvăluit că regiunile mici și pure ale materialului au o conductivitate termică și o mobilitate a găurilor mult mai ridicate decât semiconductorii precum siliciul, care formează baza electronicii moderne. Mobilitatea redusă a găurii a siliconului limitează viteza cu care funcționează dispozitivele din silicon, în timp ce conductivitatea sa termică scăzută determină supraîncălzirea dispozitivelor electronice.
Spre deosebire de aceasta, s-a prezis mult timp arseniura de bor cubic pentru a depăși siliciul la aceste măsuri, dar cercetătorii s-au chinuit să creeze mostre suficient de mari de material monocristal pentru a măsura proprietățile acestuia. Acum, totuși, ambele echipe au depășit acum această provocare, aducând utilizarea practică a arseniurului de bor cubic cu un pas mai aproape.
Schimbarea orbitei unui asteroid
Către NASA si Johns Hopkins Laboratorul de Fizică Aplicată din SUA pentru prima demonstraţie de „impact cinetic” prin schimbarea cu succes a orbitei unui asteroid.
Lansat în noiembrie 2021, Test dublu redirecționare asteroizi (DART) a fost prima misiune care a investigat impactul cinetic al unui asteroid. Ținta sa a fost un sistem binar de asteroizi aproape de Pământ, format dintr-un corp cu diametrul de 160 de metri numit Dimorphos, care orbitează în jurul unui asteroid mai mare, cu diametrul de 780 de metri, numit Didymos.
După o călătorie de 11 milioane de kilometri către sistemul de asteroizi, în octombrie, DART a lovit cu succes Dimorphos în timp ce călătorește cu aproximativ 6 km/s. Câteva zile mai târziu, NASA confirmat că DART a modificat cu succes orbita lui Dimorphos cu 32 de minute – scurtând orbita de la 11 ore și 55 de minute la 11 ore și 23 de minute.
Această schimbare a fost de aproximativ 25 de ori mai mare decât cele 73 de secunde pe care NASA le-a definit ca o schimbare minimă de succes a perioadei de orbită. Rezultatele vor fi, de asemenea, folosite pentru a evalua modul în care se aplică cel mai bine tehnica impactului cinetic pentru apărarea planetei noastre.
Detectarea unui efect Aharonov-Bohm pentru gravitație
La Chris Overstreet, Peter Asenbaum, Mark Kasevici și colegii de la Universitatea Stanford din SUA pentru detectarea unui efect Aharonov-Bohm pentru gravitație.
Prevăzut pentru prima dată în 1949, efectul original Aharonov-Bohm este un fenomen cuantic prin care funcția de undă a unei particule încărcate este afectată de un potențial electric sau magnetic chiar și atunci când particula se află într-o regiune cu câmpuri electrice și magnetice zero. Începând cu anii 1960, efectul a fost observat prin divizarea unui fascicul de electroni și trimiterea celor două fascicule de fiecare parte a unei regiuni care conține un câmp magnetic complet ecranat. Când fasciculele sunt recombinate la un detector, efectul Aharonov-Bohm este dezvăluit ca o interferență între fascicule.
Acum, fizicienii de la Stanford au observat a versiunea gravitațională a efectului folosind atomi ultrareci. Echipa a împărțit atomii în două grupuri care au fost separate de aproximativ 25 cm, un grup interacționând gravitațional cu o masă mare. Când au fost recombinați, atomii au afișat o interferență care este în concordanță cu efectul Aharonov-Bohm pentru gravitație. Efectul ar putea fi folosit pentru a determina constanta gravitațională a lui Newton cu o precizie foarte mare.
- Felicitări tuturor echipelor care au fost onorate – și rămâneți pe fază pentru câștigătorul general, care va fi anunțat miercuri, 14 decembrie 2022.
