Мир физики рада объявить 10 лучших прорывов года на 2022 год, которые охватывают все, от квантовой и медицинской физики до астрономии и конденсированных сред. Общая Мир физики Прорыв года будет объявлен в среду, 14 декабря.
10 прорывов были выбраны комиссией Мир физики редакторов, которые просмотрели сотни обновлений исследований, опубликованных на веб-сайте в этом году во всех областях физики. Помимо сообщения в Мир физики в 2022 году отбор должен соответствовать следующим критериям:
- Значительный прогресс в знаниях или понимании
- Важность работы для научного прогресса и/или разработки реальных приложений
- Представляет общий интерес для Мир физики читатели
10 лучших достижений 2022 года перечислены ниже в произвольном порядке. Вернитесь на следующей неделе, чтобы узнать, кто из них набрал больше всего очков. Мир физики Премия «Прорыв года».
Начало новой эры в ультрахолодной химии
к Бо Чжао, Цзянь-Вэй Пан и коллеги из Университета науки и технологий Китая (USTC) и Китайской академии наук в Пекине; и независимо от Джон Дойл и коллег из Гарвардского университета в США за создание первых ультрахолодных многоатомных молекул.
Хотя физики уже более 30 лет охлаждают атомы до доли выше абсолютного нуля, а первые ультрахолодные двухатомные молекулы появились в середине 2000-х годов, цель создания ультрахолодных молекул, содержащих три или более атомов, оказалась недостижимой.
Используя разные и дополняющие друг друга методы, команды USTC и Гарварда изготовили образцы трехатомные молекулы натрия-калия при 220 нК и гидроксид натрия при 110 мкК соответственно. Их достижение прокладывает путь к новым исследованиям как в физике, так и в химии, с изучением ультрахолодных химических реакций, новыми формами квантового моделирования и проверками фундаментальной науки, которые все ближе к реализации благодаря этим многоатомным молекулярным платформам.
Наблюдение за тетранейтроном
к Мейтал Дьюер в Институте ядерной физики Технического университета Дармштадта в Германии и других САМУРАЙ Коллаборация для наблюдение за тетранейтроном и показывая, что незаряженная ядерная материя существует, хотя бы в течение очень короткого времени.
Тетранейтрон, состоящий из четырех нейтронов, был обнаружен на заводе по производству радиоактивных ионных пучков Центра RIKEN Nishina в Японии. Тетранейтроны были созданы путем выстреливания ядер гелия-8 в мишень из жидкого водорода. Столкновения могут разделить ядро гелия-8 на альфа-частицу (два протона и два нейтрона) и тетранейтрон.
Обнаружив отскакивающие альфа-частицы и ядра водорода, команда выяснила, что четыре нейтрона существуют в несвязанном тетранейтронном состоянии всего 10-22 с. Статистическая значимость наблюдения превышает 5σ, что превышает порог открытия в физике элементарных частиц. Теперь команда планирует изучить отдельные нейтроны внутри тетранейтронов и искать новые частицы, содержащие шесть и восемь нейтронов.
Сверхэффективное производство электроэнергии
к Алина ЛаПотин, Асегун Генри и коллеги из Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США. создание термофотоэлектрического элемента (ТФЭ) с КПД более 40%.
Новая ячейка TPV является первым твердотельным тепловым двигателем любого типа, который преобразует инфракрасный свет в электрическую энергию более эффективно, чем генератор на основе турбины, и может работать с широким спектром возможных источников тепла. К ним относятся системы хранения тепловой энергии, солнечное излучение (через промежуточный поглотитель излучения) и отработанное тепло, а также ядерные реакции или горение. Таким образом, устройство может стать важным компонентом более чистой и экологичной электросети и дополнением к солнечным фотоэлектрическим элементам видимого света.
Самый быстрый оптоэлектронный переключатель
к Маркус Оссиандер, Мартин Шульце и коллеги из Института квантовой оптики Макса Планка и LMU Мюнхена в Германии; Венский технологический университет и Технологический университет Граца в Австрии; и Институт нанотехнологий CNR NANOTEC в Италии, для определение и исследование «ограничений скорости» оптоэлектронной коммутации в физическом устройстве.
Команда использовала лазерные импульсы длительностью всего в одну фемтосекунду (10-15 s) для переключения образца диэлектрического материала из изолирующего в проводящее состояние со скоростью, необходимой для реализации переключателя, который срабатывает 1000 триллионов раз в секунду (один петагерц). Хотя устройство размером с квартиру, необходимое для управления этим сверхбыстрым переключателем, означает, что он не появится в практических устройствах в ближайшее время, результаты подразумевают фундаментальный предел для классической обработки сигналов и предполагают, что твердотельная оптоэлектроника петагерцового диапазона, в принципе, осуществима. .
Открывая новое окно во вселенную
НАСА, Канадское космическое агентство и Европейское космическое агентство для развертывания и первые изображения из космического телескопа Джеймса Вебба (ЮВСТ).
После нескольких лет задержек и повышения стоимости JWST стоимостью 10 млрд долларов наконец-то запущен 25 декабря 2021 года. Для многих космических зондов запуск является самой опасной частью миссии, но JWST также пришлось пережить серию опасных маневров по распаковке в дальнем космосе, которые включали раскрытие его 6.5-метрового главного зеркала, а также развертывание его солнцезащитный козырек размером с теннисный корт.
Перед запуском инженеры выявили 344 «точечных» отказа, которые могли помешать выполнению миссии обсерватории или, что еще хуже, сделать ее непригодной для использования. Примечательно, что никаких проблем не возникало, и после ввод в эксплуатацию научных инструментов JWST, обсерватория вскоре начала собирать данные и захватывающие захватывающие изображения космоса.
Первая фотография JWST была анонсирована президентом США Джо Байденом на специальном мероприятии в Белом доме, и с тех пор было выпущено множество великолепных изображений. Ожидается, что обсерватория будет работать до 2030-х годов и уже находится на пути к революции в астрономии.
Первая протонная FLASH-терапия для человека
к Эмили Догерти из Университета Цинциннати в США и сотрудники, работающие над Испытание FAST-01 для выполнения первое клиническое испытание лучевой терапии FLASH и первое применение протонной терапии FLASH на людях.
FLASH-радиотерапия — это новый метод лечения, при котором излучение доставляется со сверхвысокой мощностью дозы, подход, который, как считается, сохраняет здоровые ткани, но при этом эффективно убивает раковые клетки. Использование протонов для доставки сверхмощного излучения позволит лечить опухоли, расположенные глубоко внутри организма.
В исследование были включены 10 пациентов с болезненными костными метастазами в руках и ногах, которым была проведена однократная протонная терапия в дозе 40 Гр/с или выше, что примерно в 1000 раз превышает мощность обычной фотонной лучевой терапии. Команда продемонстрировала осуществимость клинического рабочего процесса и показала, что протонная FLASH-терапия так же эффективна, как и обычная лучевая терапия для облегчения боли, не вызывая неожиданных побочных эффектов.
Улучшение светопропускания и поглощения
В команду под руководством Стефан Роттер Австрийского технического университета Вены и Матьё Дэви Университета Ренна во Франции за создание антибликовой структуры, которая позволяет идеальная передача через сложные среды; наряду с коллаборацией, возглавляемой Роттером и Ори Кац из Еврейского университета Иерусалима в Израиле за разработку «антилазерный”, что позволяет любому материалу поглощать весь свет под разными углами.
В первом исследовании исследователи разработали антиотражающий слой, математически оптимизированный для соответствия тому, как волны будут отражаться от передней поверхности объекта. Размещение этой структуры перед случайно неупорядоченной средой полностью устраняет отражения и делает объект прозрачным для всех входящих световых волн.
Во втором исследовании команда разработала когерентный идеальный поглотитель, основанный на наборе зеркал и линз, который улавливает входящий свет внутри полости. Благодаря точно рассчитанным эффектам интерференции падающий луч интерферирует с лучом, отраженным обратно между зеркалами, так что отраженный луч почти полностью гасится.
Кубический арсенид бора — лучший полупроводник
Независимым командам во главе с Ган Чен в Массачусетском технологическом институте в США и Синфэн Лю Национального центра нанонауки и технологий в Пекине, Китай, за демонстрацию того, что кубический арсенид бора является один из лучших полупроводников, известных науке.
Две группы провели эксперименты, которые показали, что небольшие чистые области материала обладают гораздо более высокой теплопроводностью и подвижностью дырок, чем полупроводники, такие как кремний, который составляет основу современной электроники. Низкая подвижность дырок в кремнии ограничивает скорость работы кремниевых устройств, а его низкая теплопроводность вызывает перегрев электронных устройств.
Кубический арсенид бора, напротив, давно предсказывалось, что он превзойдет кремний по этим показателям, но исследователи изо всех сил пытались создать достаточно большие монокристаллические образцы материала, чтобы измерить его свойства. Однако теперь обе команды преодолели эту проблему, приблизив практическое использование кубического арсенида бора еще на один шаг.
Изменение орбиты астероида
В НАСА и Johns Hopkins Лаборатория прикладной физики в США для первая демонстрация «кинетического воздействия», успешно изменив орбиту астероида.
Запущен в ноябре 2021 г., Двойной тест перенаправления астероидов (DART) был первой в истории миссией по исследованию кинетического удара астероида. Его целью была бинарная околоземная астероидная система, состоящая из тела диаметром 160 метров под названием Диморфос, которое вращается вокруг более крупного астероида диаметром 780 метров под названием Дидимос.
После 11-миллионного путешествия к системе астероидов в октябре DART успешно столкнулся с Диморфосом, двигаясь со скоростью около 6 км/с. Несколько дней спустя НАСА подтвердил что DART успешно изменил орбиту Диморфоса на 32 минуты, сократив орбиту с 11 часов 55 минут до 11 часов 23 минут.
Это изменение было примерно в 25 раз больше, чем 73 секунды, которые НАСА определило как минимальное успешное изменение периода обращения. Результаты также будут использованы для оценки того, как лучше всего применить технику кинетического удара для защиты нашей планеты.
Обнаружение эффекта Ааронова – Бома для гравитации
к Крис Оверстрит, Питер Асенбаум, Марк Касевич и коллеги из Стэнфордского университета в США за обнаружение эффекта Ааронова-Бома для гравитации.
Впервые предсказанный в 1949 году первоначальный эффект Ааронова-Бома представляет собой квантовое явление, при котором на волновую функцию заряженной частицы влияет электрический или магнитный потенциал, даже когда частица находится в области нулевых электрических и магнитных полей. С 1960-х годов этот эффект наблюдался путем разделения пучка электронов и отправки двух лучей по обе стороны от области, содержащей полностью экранированное магнитное поле. При рекомбинации пучков на детекторе эффект Ааронова-Бома проявляется как интерференция между пучками.
Теперь физики из Стэнфорда наблюдали гравитационная версия эффекта с использованием ультрахолодных атомов. Команда разделила атомы на две группы, которые были разделены примерно на 25 см, причем одна группа гравитационно взаимодействовала с большой массой. При рекомбинации атомы демонстрировали интерференцию, которая согласуется с эффектом Ааронова-Бома для гравитации. Эффект можно использовать для определения гравитационной постоянной Ньютона с очень высокой точностью.
- Поздравляем все команды, удостоившиеся чести, и следите за новостями о победителе, который будет объявлен в среду, 14 декабря 2022 года.
