冷卻燈：約翰·道爾團(tuán)隊(duì)使用的實(shí)驗(yàn)裝置。

照片來源：約翰·道爾/哈佛大學(xué)

壯觀的景象：用韋伯望遠(yuǎn)鏡看到的船底座星云。

圖片來源：NASA、ESA、CSA 和STScI

Champion Semiconductor：立方砷化硼的球棒模型。

圖片來源：麻省理工學(xué)院

【今日觀點(diǎn)】

記者張夢然

12月8日，英國《物理世界》雜志公布了2022年十大突破，涵蓋了從量子、醫(yī)學(xué)物理、天文學(xué)到凝聚態(tài)物質(zhì)的各個(gè)方面。這十項(xiàng)突破是由《物理世界》編輯團(tuán)隊(duì)從今年該雜志網(wǎng)站上發(fā)表的涵蓋物理所有領(lǐng)域的數(shù)百項(xiàng)研究中選出的。兩個(gè)中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)被選中進(jìn)行超冷多原子分子的研究和未來半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。

開創(chuàng)超冷化學(xué)新時(shí)代

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉、趙波和美國哈佛大學(xué)的約翰·道爾等科學(xué)家創(chuàng)造了第一個(gè)超冷多原子分子。

雖然30 多年來，物理學(xué)家一直在嘗試將原子冷卻到接近絕對零，并在2000 年代中期創(chuàng)造出第一個(gè)超冷雙原子分子，但挑戰(zhàn)在于創(chuàng)造包含三個(gè)或更多原子的超冷分子。目標(biāo)仍然難以實(shí)現(xiàn)。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用不同且互補(bǔ)的技術(shù)，分別生產(chǎn)了220nK（納開爾文）的3原子鈉鉀分子樣品和110K（微開爾文）的氫氧化鈉樣品。他們的成就為物理和化學(xué)的新研究鋪平了道路。超冷化學(xué)反應(yīng)的研究、新形式的量子模擬以及基礎(chǔ)科學(xué)的測試都受益于這些多原子分子平臺，使它們更容易獲得。

觀察四個(gè)中子

德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)核物理研究所的梅塔爾·杜爾（Mettal Durr）和SAMURAI 合作組織的成員觀察到了四個(gè)中子，并證明了不帶電核物質(zhì)的存在。

四中子是通過向液氫靶發(fā)射氦8 核而產(chǎn)生的。碰撞可以將氦8 核分裂成一個(gè) 粒子（兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子）和一個(gè)四中子。通過檢測反沖的粒子和氫原子核，研究小組計(jì)算出這四個(gè)中子在未束縛的四中子狀態(tài)下僅存在了10^-22秒。觀測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯著性大于5，超過了粒子物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的閾值。

超高效發(fā)電

麻省理工學(xué)院和國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員構(gòu)建了一種效率超過40% 的熱光伏(TPV) 電池。

新型TPV 電池是首款固態(tài)熱機(jī)，能夠比渦輪發(fā)電機(jī)更有效地將紅外光轉(zhuǎn)化為電能，并且可以使用各種可能的熱源運(yùn)行。該設(shè)備可以成為更清潔、更環(huán)保的電網(wǎng)的重要組成部分，并補(bǔ)充可見光太陽能光伏電池。

最快的光電開關(guān)

由馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所和德國慕尼黑大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)定義并探索了物理設(shè)備中光電開關(guān)的“速度極限”。

該團(tuán)隊(duì)使用僅持續(xù)1 飛秒（10^-15 秒）的激光脈沖來實(shí)現(xiàn)每秒操作1,000 萬億次（1 拍赫茲）的開關(guān)所需的速度，將介電材料樣本從絕緣材料切換為導(dǎo)電材料狀態(tài)。

打開一扇了解宇宙的新窗口

美國宇航局、加拿大航天局和歐洲航天局發(fā)布了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的第一張圖像。

經(jīng)過多年的拖延和成本上升，耗資100 億美元的JWST 于2021 年12 月25 日啟動。 JWST 的第一張圖片是由美國總統(tǒng)喬·拜登在白宮的一次特別活動中發(fā)布的，此后發(fā)布了許多令人眼花繚亂的圖片。

FLASH質(zhì)子療法首次用于人類

辛辛那提大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行FAST-01試驗(yàn)，以進(jìn)行首次FLASH放射治療的臨床試驗(yàn)以及首次人類使用FLASH質(zhì)子治療。

FLASH放射治療是一種新興的治療技術(shù)，以超高劑量率提供放射線，這種方法被認(rèn)為可以保護(hù)健康組織，同時(shí)仍然有效殺死癌細(xì)胞。使用質(zhì)子提供超高劑量率輻射可以治療位于身體深處的腫瘤。

研究表明，F(xiàn)LASH 質(zhì)子療法在緩解疼痛方面與傳統(tǒng)放射療法一樣有效，而且不會引起意想不到的副作用。

完美的透光和吸收

來自奧地利維也納技術(shù)大學(xué)和法國雷恩大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種抗反射結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)經(jīng)過數(shù)學(xué)優(yōu)化，可以匹配波從物體前表面反射的方式。將這種結(jié)構(gòu)放置在隨機(jī)無序介質(zhì)前面可以完全消除反射，并使物體對所有入射光波都是半透明的。

同樣，以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究開發(fā)了一種基于一系列鏡子和透鏡的相干完美吸收器，可將入射光捕獲在腔內(nèi)。由于精確計(jì)算的干涉效應(yīng)，入射光束和鏡子之間的反射光束發(fā)生干涉，導(dǎo)致反射光束幾乎完全消失。

冠軍半導(dǎo)體：立方砷化硼

兩支獨(dú)立團(tuán)隊(duì)——，一支由麻省理工學(xué)院的陳剛和休斯敦大學(xué)的任志峰領(lǐng)導(dǎo)；另一個(gè)由中國國家納米科學(xué)中心的劉新峰和休斯敦大學(xué)的鮑吉明和任志峰領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)，立方砷化硼是科學(xué)上世界上已知的最好的半導(dǎo)體之一。

兩個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，該材料的小而純凈的區(qū)域比構(gòu)成現(xiàn)代電子學(xué)基礎(chǔ)的硅等半導(dǎo)體具有更高的導(dǎo)熱率和空穴遷移率。硅的低空穴遷移率限制了硅器件的運(yùn)行速度，而其低導(dǎo)熱率會導(dǎo)致電子器件過熱。

改變小行星的軌道

美國宇航局和約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室通過成功改變小行星的軌道首次證明了“動能撞擊”。

雙小行星重定向測試(DART) 航天器于2021 年11 月發(fā)射，是有史以來第一個(gè)研究小行星動態(tài)效應(yīng)的任務(wù)。 DART 于9 月成功撞擊小行星Demovers，速度約為每秒6 公里。幾天后，NASA確認(rèn)DART成功將Demovers的軌道周期改變了32分鐘，從11小時(shí)55分鐘縮短到11小時(shí)23分鐘。

檢測重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)

美國斯坦福大學(xué)的研究小組檢測到了重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)。

研究小組將原子分成兩組，每組相距約25 厘米，其中一組與大質(zhì)量物質(zhì)相互作用。當(dāng)重組時(shí)，原子表現(xiàn)出與重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)一致的干擾。這種效應(yīng)可用于以非常高的精度確定牛頓萬有引力常數(shù)。

來源：科技日報(bào)