冷卻燈：約翰·道爾團隊使用的實驗裝置。

照片來源：約翰·道爾/哈佛大學

壯觀的景象：用韋伯望遠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：麻省理工學院

【今日觀點】

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)學物理、天文學到凝聚態(tài)物質的各個方面。這十項突破是由《物理世界》編輯團隊從今年該雜志網(wǎng)站上發(fā)表的涵蓋物理所有領域的數(shù)百項研究中選出的。兩個中國科學家團隊被選中進行超冷多原子分子的研究和未來半導體的發(fā)現(xiàn)。

開創(chuàng)超冷化學新時代

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

雖然30 多年來，物理學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)造出第一個超冷雙原子分子，但挑戰(zhàn)在于創(chuàng)造包含三個或更多原子的超冷分子。目標仍然難以實現(xiàn)。

中國科學技術大學和哈佛大學團隊采用不同且互補的技術，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的新研究鋪平了道路。超冷化學反應的研究、新形式的量子模擬以及基礎科學的測試都受益于這些多原子分子平臺，使它們更容易獲得。

觀察四個中子

德國達姆施塔特工業(yè)大學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中子，并證明了不帶電核物質的存在。

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 粒子（兩個質子和兩個中子）和一個四中子。通過檢測反沖的粒子和氫原子核，研究小組計算出這四個中子在未束縛的四中子狀態(tài)下僅存在了10^-22秒。觀測結果的統(tǒng)計顯著性大于5，超過了粒子物理學發(fā)現(xiàn)的閾值。

超高效發(fā)電

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

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

最快的光電開關

由馬克斯·普朗克量子光學研究所和德國慕尼黑大學領導的國際團隊定義并探索了物理設備中光電開關的“速度極限”。

該團隊使用僅持續(xù)1 飛秒（10^-15 秒）的激光脈沖來實現(xiàn)每秒操作1,000 萬億次（1 拍赫茲）的開關所需的速度，將介電材料樣本從絕緣材料切換為導電材料狀態(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質子療法首次用于人類

辛辛那提大學研究團隊正在進行FAST-01試驗，以進行首次FLASH放射治療的臨床試驗以及首次人類使用FLASH質子治療。

FLASH放射治療是一種新興的治療技術，以超高劑量率提供放射線，這種方法被認為可以保護健康組織，同時仍然有效殺死癌細胞。使用質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大學和法國雷恩大學的一個團隊創(chuàng)建了一種抗反射結構，該結構經(jīng)過數(shù)學優(yōu)化，可以匹配波從物體前表面反射的方式。將這種結構放置在隨機無序介質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領導的一項研究開發(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。由于精確計算的干涉效應，入射光束和鏡子之間的反射光束發(fā)生干涉，導致反射光束幾乎完全消失。

冠軍半導體：立方砷化硼

兩支獨立團隊——，一支由麻省理工學院的陳剛和休斯敦大學的任志峰領導；另一個由中國國家納米科學中心的劉新峰和休斯敦大學的鮑吉明和任志峰領導的研究發(fā)現(xiàn)，立方砷化硼是科學上世界上已知的最好的半導體之一。

兩個團隊進行的實驗表明，該材料的小而純凈的區(qū)域比構成現(xiàn)代電子學基礎的硅等半導體具有更高的導熱率和空穴遷移率。硅的低空穴遷移率限制了硅器件的運行速度，而其低導熱率會導致電子器件過熱。

改變小行星的軌道

美國宇航局和約翰·霍普金斯大學應用物理實驗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，是有史以來第一個研究小行星動態(tài)效應的任務。 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DART成功將Demovers的軌道周期改變了32分鐘，從11小時55分鐘縮短到11小時23分鐘。

檢測重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應

美國斯坦福大學的研究小組檢測到了重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應。

研究小組將原子分成兩組，每組相距約25 厘米，其中一組與大質量物質相互作用。當重組時，原子表現(xiàn)出與重力的阿哈羅諾夫-玻姆效應一致的干擾。這種效應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