فزکس ورلڈ نے 10 کے لیے سال کی اپنی 2022 سب سے بڑی کامیابیاں ظاہر کیں۔

طبیعیات کی دنیا 10 کے لیے سال کی اپنی 2022 اہم پیش رفتوں کا اعلان کرتے ہوئے خوشی محسوس ہو رہی ہے، جو کوانٹم اور طبی طبیعیات سے لے کر فلکیات اور کنڈینسڈ مادے تک ہر چیز پر محیط ہے۔ مجموعی طور پر طبیعیات کی دنیا بریک تھرو آف دی ایئر بدھ 14 دسمبر کو سامنے آئے گا۔

کے ایک پینل کے ذریعہ 10 کامیابیاں منتخب کی گئیں۔ طبیعیات کی دنیا ایڈیٹرز، جنہوں نے طبیعیات کے تمام شعبوں میں اس سال ویب سائٹ پر شائع ہونے والی سینکڑوں تحقیقی اپڈیٹس کو تلاش کیا۔ میں رپورٹ ہونے کے علاوہ طبیعیات کی دنیا 2022 میں، انتخاب کو درج ذیل معیار پر پورا اترنا چاہیے:

• علم یا فہم میں نمایاں پیش رفت
• سائنسی ترقی اور/یا حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز کی ترقی کے لیے کام کی اہمیت
• عام دلچسپی کا طبیعیات کی دنیا قارئین

10 کے لیے سرفہرست 2022 کامیابیاں نیچے کسی خاص ترتیب میں درج نہیں ہیں۔ یہ جاننے کے لیے اگلے ہفتے واپس آئیں کہ مجموعی طور پر کس نے کامیابی حاصل کی ہے۔ طبیعیات کی دنیا بریک تھرو آف دی ایئر ایوارڈ۔

الٹرا کولڈ کیمسٹری کے لیے ایک نئے دور کا آغاز 

کرنے کے لئے بو زاؤ, جیان وی پین اور چین کی یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (USTC) اور بیجنگ میں چینی اکیڈمی آف سائنسز کے ساتھیوں؛ اور آزادانہ طور پر جان ڈوئل۔ اور امریکہ کی ہارورڈ یونیورسٹی کے ساتھیوں نے پہلے الٹرا کولڈ پولی اٹامک مالیکیول بنانے کے لیے۔

اگرچہ طبیعیات دان 30 سال سے زیادہ عرصے سے ایٹموں کو صفر سے اوپر کے ایک حصے تک ٹھنڈا کر رہے ہیں، اور 2000 کی دہائی کے وسط میں پہلے الٹرا کولڈ ڈائیٹومک مالیکیول نمودار ہوئے، لیکن تین یا زیادہ ایٹموں پر مشتمل الٹرا کولڈ مالیکیول بنانے کا ہدف ناکام ثابت ہوا۔

مختلف اور تکمیلی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے، یو ایس ٹی سی اور ہارورڈ ٹیموں نے نمونے تیار کیے۔ ٹرائیاٹومک سوڈیم پوٹاشیم مالیکیولز 220 nK پر اور سوڈیم hydroxide بالترتیب 110 µK پر۔ ان کی کامیابی طبیعیات اور کیمسٹری دونوں میں نئی ​​تحقیق کی راہ ہموار کرتی ہے، الٹرا کولڈ کیمیائی رد عمل کے مطالعے، کوانٹم سمولیشن کی نئی شکلیں، اور بنیادی سائنس کے ٹیسٹ ان ملٹی ایٹم مالیکیولر پلیٹ فارمز کی بدولت احساس ہونے کے قریب تر ہیں۔ 

tetraneutron کا مشاہدہ

کرنے کے لئے میٹل ڈوئر جرمنی کی ٹیکنیکل یونیورسٹی آف ڈرمسٹیٹ کے انسٹی ٹیوٹ فار نیوکلیئر فزکس میں اور باقی ساموری تعاون لیے tetraneutron کا مشاہدہ اور یہ دکھانا کہ بغیر چارج شدہ جوہری مادہ موجود ہے، اگر صرف بہت ہی مختصر وقت کے لیے۔

چار نیوٹرانوں پر مشتمل، ٹیٹرانیوٹران کو جاپان میں RIKEN نشینا سینٹر کی ریڈیو ایکٹیو آئن بیم فیکٹری میں دیکھا گیا۔ tetraneutrons کو مائع ہائیڈروجن کے ہدف پر ہیلیم-8 نیوکلی فائر کرکے بنایا گیا تھا۔ تصادم ہیلیم 8 نیوکلئس کو الفا پارٹیکل (دو پروٹون اور دو نیوٹران) اور ٹیٹرانیوٹران میں تقسیم کر سکتے ہیں۔

پیچھے ہٹنے والے الفا ذرات اور ہائیڈروجن نیوکلی کا پتہ لگا کر، ٹیم نے یہ معلوم کیا کہ چار نیوٹران صرف 10 کے لیے غیر باؤنڈ ٹیٹرانیوٹران حالت میں موجود تھے۔^-22 s مشاہدے کی شماریاتی اہمیت 5σ سے زیادہ ہے، جو اسے پارٹیکل فزکس میں دریافت کرنے کی دہلیز پر رکھتا ہے۔ ٹیم اب tetraneutrons کے اندر انفرادی نیوٹران کا مطالعہ کرنے اور چھ اور آٹھ نیوٹران پر مشتمل نئے ذرات کو تلاش کرنے کا ارادہ رکھتی ہے۔ 

انتہائی موثر بجلی کی پیداوار 

کرنے کے لئے علینا لاپوٹین, اسگن ہنری اور میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی اور نیشنل رینیوایبل انرجی لیبارٹری، یو ایس کے ساتھیوں کے لیے 40٪ سے زیادہ کی کارکردگی کے ساتھ تھرمو فوٹو وولٹک (TPV) سیل کی تعمیر.

نیا TPV سیل کسی بھی قسم کا پہلا ٹھوس ریاست کا ہیٹ انجن ہے جو انفراریڈ روشنی کو ٹربائن پر مبنی جنریٹر سے زیادہ موثر طریقے سے برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے، اور یہ ممکنہ گرمی کے ذرائع کی ایک وسیع رینج کے ساتھ کام کر سکتا ہے۔ ان میں تھرمل انرجی ذخیرہ کرنے کے نظام، شمسی تابکاری (ایک درمیانی تابکاری جذب کرنے والے کے ذریعے) اور فضلہ حرارت کے ساتھ ساتھ جوہری رد عمل یا دہن شامل ہیں۔ اس وجہ سے یہ آلہ ایک صاف ستھرا، سبز بجلی کے گرڈ کا ایک اہم جزو بن سکتا ہے، اور نظر آنے والے شمسی فوٹو وولٹک سیلز کا تکمیلی بن سکتا ہے۔ 

تیز ترین ممکن آپٹو الیکٹرانک سوئچ 

کرنے کے لئے مارکس اوسینڈر, مارٹن شلٹزے۔ اور جرمنی میں میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار کوانٹم آپٹکس اور ایل ایم یو میونخ کے ساتھیوں؛ ویانا یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی اور آسٹریا میں گریز یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی؛ اور CNR NANOTEC انسٹی ٹیوٹ آف نینو ٹیکنالوجی اٹلی میں، کے لیے آپٹو الیکٹرانک سوئچنگ کی "رفتار کی حد" کی وضاحت اور تلاش کرنا جسمانی ڈیوائس میں۔

ٹیم نے لیزر دالیں استعمال کیں جو صرف ایک فیمٹوسیکنڈ (10^-15 s) ڈائی الیکٹرک مواد کے نمونے کو ایک موصلیت سے ایک کنڈکٹنگ حالت میں اس رفتار سے تبدیل کرنے کے لیے جو ایک سوئچ کو محسوس کرنے کے لیے درکار ہے جو ایک سیکنڈ میں 1000 ٹریلین بار کام کرتا ہے (ایک پیٹہرٹز)۔ اگرچہ اس انتہائی تیز رفتار سوئچ کو چلانے کے لیے اپارٹمنٹ کے سائز کے آلات کی ضرورت ہے اس کا مطلب ہے کہ یہ جلد ہی کسی بھی وقت عملی آلات میں ظاہر نہیں ہوگا، لیکن نتائج کلاسیکی سگنل پروسیسنگ کے لیے ایک بنیادی حد کو ظاہر کرتے ہیں اور تجویز کرتے ہیں کہ پیٹہارٹز سالڈ اسٹیٹ آپٹو الیکٹرانکس، اصولی طور پر، قابل عمل ہے۔ . 

کائنات پر ایک نئی کھڑکی کھولنا

ناسا، کینیڈا کی خلائی ایجنسی اور یورپی خلائی ایجنسی کو تعیناتی کے لیے اور سے پہلی تصاویر جیمز ویب خلائی دوربین (JWST)۔

سالوں کی تاخیر اور لاگت میں اضافے کے بعد، $10bn JWST آخر میں شروع کیا 25 دسمبر 2021 کو۔ بہت سے خلائی تحقیقات کے لیے، لانچ مشن کا سب سے خطرناک حصہ ہے، لیکن جے ڈبلیو ایس ٹی کو خطرناک گہرے خلاء سے پیک کھولنے کے ایک سلسلے سے بھی بچنا پڑا، جس میں اس کا 6.5 میٹر کا بنیادی آئینہ کھولنا اور ساتھ ہی اس کو کھولنا بھی شامل تھا۔ ٹینس کورٹ کے سائز کی سنشیلڈ۔

لانچ سے پہلے، انجینئرز نے 344 "سنگل پوائنٹ" کی ناکامیوں کی نشاندہی کی جو آبزرویٹری کے مشن میں رکاوٹ بن سکتی تھیں، یا اس سے بھی بدتر، اسے ناقابل استعمال بنا سکتی تھیں۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ کسی بھی مسائل کا سامنا نہیں کیا گیا اور اس کی پیروی کی گئی۔ کمیشننگ JWST کے سائنسی آلات میں سے، رصد گاہ نے جلد ہی ڈیٹا لینا شروع کر دیا۔ برہمانڈ کی شاندار تصاویر پر قبضہ کرنا.

پہلی JWST تصویر کا اعلان امریکی صدر جو بائیڈن نے وائٹ ہاؤس میں ایک خصوصی تقریب میں کیا تھا اور اس کے بعد سے بہت سی شاندار تصاویر جاری کی جا چکی ہیں۔ توقع ہے کہ رصد گاہ 2030 کی دہائی تک اچھی طرح کام کرے گی اور فلکیات میں انقلاب لانے کے لیے پہلے سے ہی راستے پر ہے۔ 

پہلی بار انسانی فلیش پروٹون تھراپی

کرنے کے لئے ایملی ڈوگرٹی امریکہ میں سنسناٹی یونیورسٹی سے اور اس پر کام کرنے والے تعاون کار FAST-01 ٹرائل انجام دینے کے لئے FLASH ریڈیو تھراپی کا پہلا کلینیکل ٹرائل اور FLASH پروٹون تھراپی کا انسانوں میں پہلا استعمال۔

FLASH ریڈیو تھراپی ایک ابھرتی ہوئی علاج کی تکنیک ہے جس میں تابکاری انتہائی اعلی خوراک کی شرح پر پہنچائی جاتی ہے، یہ ایک ایسا طریقہ ہے جس کے بارے میں سوچا جاتا ہے کہ کینسر کے خلیوں کو مؤثر طریقے سے مارتے ہوئے صحت مند بافتوں کو بچاتا ہے۔ الٹرا ہائی ڈوز ریٹ ریڈی ایشن فراہم کرنے کے لیے پروٹون کا استعمال جسم کے اندر گہرائی میں واقع ٹیومر کے علاج کی اجازت دے گا۔

اس مقدمے میں 10 ایسے مریض شامل تھے جن کے بازوؤں اور ٹانگوں میں ہڈیوں کے دردناک میٹاسٹیسیس تھے، جنہوں نے 40 Gy/s یا اس سے زیادہ پر ایک واحد پروٹون علاج حاصل کیا - روایتی فوٹوون ریڈیو تھراپی کی خوراک کی شرح سے کچھ 1000 گنا زیادہ۔ ٹیم نے کلینیکل ورک فلو کی فزیبلٹی کا مظاہرہ کیا اور دکھایا کہ FLASH پروٹون تھراپی درد سے نجات کے لیے روایتی ریڈیو تھراپی کی طرح موثر تھی، بغیر کسی غیر متوقع ضمنی اثرات کے۔ 

کامل روشنی کی ترسیل اور جذب

کی قیادت میں ایک ٹیم کو اسٹیفن روٹر آسٹریا کی ٹیکنیکل یونیورسٹی آف ویانا اور میتھیو ڈیوی فرانس میں یونیورسٹی آف رینس کا ایک اینٹی ریفلیکشن ڈھانچہ بنانے کے لیے جو قابل بناتا ہے۔ پیچیدہ میڈیا کے ذریعے کامل ترسیل; روٹر اور کی سربراہی میں تعاون کے ساتھ اوری کاٹز اسرائیل میں یروشلم کی عبرانی یونیورسٹی سےاینٹی لیزر” جو کسی بھی مواد کو وسیع زاویوں سے تمام روشنی کو جذب کرنے کے قابل بناتا ہے۔

پہلی تحقیقات میں، محققین نے ایک اینٹی ریفلیکشن پرت کو ڈیزائن کیا جو ریاضیاتی طور پر اس طرح سے مطابقت رکھتا ہے کہ لہریں کسی چیز کی اگلی سطح سے منعکس ہوتی ہیں۔ اس ڈھانچے کو کسی تصادفی طور پر بے ترتیب میڈیم کے سامنے رکھنا انعکاس کو مکمل طور پر ختم کرتا ہے اور آنے والی تمام روشنی کی لہروں کے لیے آبجیکٹ کو پارباسی بنا دیتا ہے۔

دوسری تحقیق میں، ٹیم نے ایک مربوط کامل جاذب تیار کیا، جو آئینے اور عینکوں کے ایک سیٹ کے ارد گرد مبنی ہے، جو آنے والی روشنی کو گہا کے اندر پھنساتا ہے۔ قطعی طور پر حساب شدہ مداخلتی اثرات کی وجہ سے، واقعہ کی شہتیر آئینے کے درمیان پیچھے منعکس ہونے والی شہتیر میں مداخلت کرتی ہے، تاکہ منعکس شدہ شہتیر تقریباً مکمل طور پر بجھ جائے۔ 

کیوبک بوران آرسنائیڈ ایک چیمپئن سیمی کنڈکٹر ہے۔  

کی قیادت میں آزاد ٹیموں کو گینگ چن امریکہ میں میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں اور زنفینگ لیو بیجنگ، چین میں نیشنل سینٹر فار نینو سائنس اینڈ ٹیکنالوجی کا یہ ظاہر کرنے کے لیے کہ کیوبک بوران آرسنائیڈ سائنس کے لیے مشہور سیمی کنڈکٹرز میں سے ایک.

دونوں گروہوں نے ایسے تجربات کیے جن سے معلوم ہوا کہ مواد کے چھوٹے، خالص علاقوں میں سیمی کنڈکٹرز جیسے سیلیکون سے کہیں زیادہ تھرمل چالکتا اور سوراخ کی نقل و حرکت ہوتی ہے، جو کہ جدید الیکٹرانکس کی بنیاد ہے۔ سلیکون کی کم سوراخ کی نقل و حرکت اس رفتار کو محدود کرتی ہے جس پر سلیکون ڈیوائسز کام کرتی ہیں، جبکہ اس کی کم تھرمل چالکتا الیکٹرانک آلات کو زیادہ گرم کرنے کا سبب بنتی ہے۔

اس کے برعکس، کیوبک بوران آرسنائیڈ کی طویل عرصے سے ان اقدامات پر سلکان کو بہتر کرنے کی پیش گوئی کی گئی تھی، لیکن محققین نے اس کی خصوصیات کی پیمائش کرنے کے لیے مواد کے کافی بڑے سنگل کرسٹل نمونے بنانے کے لیے جدوجہد کی تھی۔ تاہم، اب دونوں ٹیموں نے کیوبک بوران آرسنائیڈ کے عملی استعمال کو ایک قدم کے قریب لاتے ہوئے اس چیلنج پر قابو پا لیا ہے۔      

کشودرگرہ کے مدار کو تبدیل کرنا  

ناسا کو اور جانس ہاپکنز امریکہ میں اپلائیڈ فزکس لیبارٹری لیے پہلا مظاہرہ ایک کشودرگرہ کے مدار کو کامیابی سے تبدیل کرکے "متحرک اثر" کا۔

نومبر 2021 میں لانچ کیا گیا۔، ڈبل کشودرگرہ ری ڈائریکٹ ٹیسٹ (DART) کرافٹ ایک کشودرگرہ کے حرکیاتی اثرات کی تحقیقات کرنے والا پہلا مشن تھا۔ اس کا ہدف زمین کے قریب ایک بائنری سیارچہ نظام تھا جس میں ڈیمورفوس نامی 160 میٹر قطر کے جسم پر مشتمل تھا جو Didymos نامی ایک بڑے 780 میٹر قطر کے کشودرگرہ کے گرد چکر لگاتا ہے۔

کشودرگرہ کے نظام تک 11 ملین کلومیٹر کے سفر کے بعد، اکتوبر میں DART نے تقریباً 6 کلومیٹر فی سیکنڈ کی رفتار سے سفر کرتے ہوئے Dimorphos کو کامیابی سے متاثر کیا۔ دن بعد، ناسا اس بات کی تصدیق کہ DART نے کامیابی کے ساتھ Dimorphos کے مدار کو 32 منٹ تک تبدیل کر دیا تھا - مدار کو 11 گھنٹے اور 55 منٹ کے مدار سے کم کر کے 11 گھنٹے 23 منٹ کر دیا تھا۔

یہ تبدیلی 25 سیکنڈز سے 73 گنا زیادہ تھی جسے NASA نے کم از کم کامیاب مدار کی مدت میں تبدیلی کے طور پر بیان کیا تھا۔ نتائج کا استعمال اس بات کا جائزہ لینے کے لیے بھی کیا جائے گا کہ ہمارے سیارے کے دفاع کے لیے حرکیاتی اثرات کی تکنیک کو کس طرح بہترین طریقے سے لاگو کیا جائے۔ 

کشش ثقل کے لیے اہارونوف-بوہم اثر کا پتہ لگانا

کرنے کے لئے کرس اوورسٹریٹ, پیٹر ایسنبام, مارک کاسیوچ اور امریکہ کی سٹینفورڈ یونیورسٹی کے ساتھیوں نے کشش ثقل کے لیے اہارونوف-بوہم اثر کا پتہ لگانے کے لیے۔

پہلی بار 1949 میں پیشین گوئی کی گئی، اصل اہارونوف-بوہم اثر ایک کوانٹم رجحان ہے جس کے تحت چارج شدہ ذرہ کی لہر کا فعل برقی یا مقناطیسی پوٹینشل سے متاثر ہوتا ہے یہاں تک کہ جب ذرہ صفر برقی اور مقناطیسی شعبوں کے علاقے میں ہو۔ 1960 کی دہائی سے، اثر الیکٹران کی ایک شہتیر کو تقسیم کرکے اور دو بیموں کو ایک ایسے خطے کے دونوں طرف بھیج کر دیکھا گیا ہے جس میں مکمل طور پر محفوظ مقناطیسی میدان ہے۔ جب شہتیروں کو ایک ڈیٹیکٹر پر دوبارہ جوڑ دیا جاتا ہے، تو اہارونوف-بوہم اثر بیم کے درمیان مداخلت کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔

اب، سٹینفورڈ کے طبیعیات دانوں نے مشاہدہ کیا ہے a اثر کا کشش ثقل ورژن الٹرا کولڈ ایٹموں کا استعمال۔ ٹیم نے ایٹموں کو دو گروپوں میں تقسیم کیا جو تقریباً 25 سینٹی میٹر سے الگ تھے، ایک گروپ بڑے پیمانے پر کشش ثقل کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ جب دوبارہ جوڑ دیا گیا تو، ایٹموں نے ایک مداخلت ظاہر کی جو کشش ثقل کے لیے Aharonov-Bohm اثر سے مطابقت رکھتی ہے۔ اس اثر کو نیوٹن کی کشش ثقل کے مستقل سے بہت زیادہ درستگی کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

• ان تمام ٹیموں کو مبارکباد جن کو اعزاز دیا گیا ہے – اور مجموعی طور پر فاتح کے لیے دیکھتے رہیں، جس کا اعلان بدھ 14 دسمبر 2022 کو کیا جائے گا۔