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

　　圖篇來源：約翰·道爾/哈佛大學(xué)

　　壯觀的景象：韋布望遠(yuǎn)鏡看到的船底座星云。

　　圖片來源：NASA、ESA、CSA 和STScI

　　冠軍半導(dǎo)體：立方砷化硼的球棒模型。

　　圖片來源：麻省理工學(xué)院

　　【今日視點(diǎn)】

　　◎本報(bào)記者 張夢(mèng)然

　　12月8日，英國《物理世界》雜志公布了2022年度十大突破，涵蓋從量子、醫(yī)學(xué)物理學(xué)、天文學(xué)到凝聚態(tài)物質(zhì)等各個(gè)方面。這十項(xiàng)突破是由《物理世界》編輯小組從今年該雜志網(wǎng)站上發(fā)布的涵蓋物理學(xué)所有領(lǐng)域的數(shù)百項(xiàng)研究中精選出來的。中國兩個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)因超冷多原子分子研究和未來半導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)入選。

　　開創(chuàng)超冷化學(xué)新紀(jì)元

　　中國科技大學(xué)的潘建偉、趙博和美國哈佛大學(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。

　　30多年來，盡管物理學(xué)家一直在努力將原子冷卻到接近絕對(duì)零度，并且在2000年代中期造出了第一個(gè)超冷雙原子分子，但制造包含3個(gè)或更多原子的超冷分子的目標(biāo)依然很難實(shí)現(xiàn)。

　　中國科技大學(xué)和哈佛團(tuán)隊(duì)使用不同且互補(bǔ)的技術(shù)，分別制作了220nK（納開氏度）的3原子鈉鉀分子樣品和110μK（微開氏度）的氫氧化鈉樣品。他們的成就為物理學(xué)和化學(xué)的新研究鋪平了道路，超冷化學(xué)反應(yīng)的研究、量子模擬的新形式以及基礎(chǔ)科學(xué)的測(cè)試都得益于這些多原子分子平臺(tái)，使其更容易實(shí)現(xiàn)。

　　觀察四中子

　　德國達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)核物理研究所的梅塔爾·杜爾和SAMURAI合作組織的成員，觀察了四中子并證明了不帶電的核物質(zhì)的存在。

　　四中子是通過在液態(tài)氫靶上發(fā)射氦8原子核而產(chǎn)生的。碰撞可將一個(gè)氦8原子核分裂成一個(gè)α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(cè)反沖的α粒子和氫原子核，團(tuán)隊(duì)計(jì)算出這四個(gè)中子以未結(jié)合的四中子狀態(tài)存在的時(shí)間僅為10^-22秒。觀察結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯著性大于5σ，超過了粒子物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的門檻。

　　超高效發(fā)電

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

　　新型TPV電池是首款將紅外光轉(zhuǎn)化為電能的固態(tài)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，比基于渦輪的發(fā)電機(jī)更有效，并且它可在各種可能的熱源下運(yùn)行。該設(shè)備可成為更清潔、更環(huán)保的電網(wǎng)的重要組成部分，以及對(duì)可見光太陽能光伏電池的補(bǔ)充。

　　最快的光電開關(guān)

　　德國馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所和慕尼黑大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)，定義和探索了物理設(shè)備中光電開關(guān)的“速度限制” 。

　　該團(tuán)隊(duì)使用僅持續(xù)1飛秒（10^-15秒）的激光脈沖以實(shí)現(xiàn)每秒運(yùn)行1000萬億次（1拍赫茲）開關(guān)所需的速度，將介電材料樣品從絕緣狀態(tài)切換為導(dǎo)電狀態(tài)。

　　打開宇宙的新窗口

　　美國國家航空航天局（NASA）、加拿大航天局和歐洲空間局公布了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的第一張圖片。

　　經(jīng)過多年的延誤和成本上漲，價(jià)值100億美元的JWST于2021年12月25日發(fā)射。JWST的第一張圖片是由美國總統(tǒng)拜登在白宮的一次特別活動(dòng)中公布的，此后還發(fā)布了許多令人眼花繚亂的圖片。

　　首次用于人體的FLASH質(zhì)子治療

　　美國辛辛那提大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)致力于FAST-01試驗(yàn)，以進(jìn)行FLASH放療的首次臨床試驗(yàn)和FLASH質(zhì)子治療的首次人體使用。

　　FLASH放療是一種新興的治療技術(shù)，它以超高劑量率進(jìn)行輻射，這種方法被認(rèn)為可保護(hù)健康組織，同時(shí)仍能有效殺死癌細(xì)胞。使用質(zhì)子提供超高劑量率輻射可治療位于身體深處的腫瘤。

　　研究表明FLASH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(huì)引起意想不到的副作用。

　　完善光傳輸和吸收

　　奧地利維也納技術(shù)大學(xué)和法國雷恩大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種抗反射結(jié)構(gòu)，經(jīng)過數(shù)學(xué)優(yōu)化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)無序的介質(zhì)前面可完全消除反射，并使物體對(duì)所有入射光波都是半透明的。

　　與此類似，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)了一種基于一組鏡子和透鏡的相干完美吸收器，可將入射光捕獲在空腔內(nèi)。由于精確計(jì)算的干涉效應(yīng)，入射光束與鏡子之間反射回來的光束發(fā)生干涉，使反射光束幾乎完全消失。

　　冠軍半導(dǎo)體：立方砷化硼

　　兩個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)——一個(gè)由美國麻省理工學(xué)院的陳剛和休斯敦大學(xué)的任志鋒領(lǐng)導(dǎo)；另一個(gè)由中國國家納米科學(xué)中心的劉新風(fēng)和休斯敦大學(xué)的包吉明、任志鋒領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)立方砷化硼是科學(xué)界已知的最好的半導(dǎo)體之一。

　　這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，與構(gòu)成現(xiàn)代電子產(chǎn)品基礎(chǔ)的硅等半導(dǎo)體相比，該材料的小而純區(qū)域具有更高的熱導(dǎo)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)熱性會(huì)導(dǎo)致電子器件過熱。

　　改變小行星的軌道

　　NASA和約翰斯·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，首次展示了“動(dòng)能撞擊”。

　　雙小行星重定向測(cè)試（DART）飛船于2021年11月發(fā)射，是有史以來首次執(zhí)行調(diào)查小行星動(dòng)力學(xué)影響的任務(wù)。DART在9月以大約6公里/秒的速度成功撞擊了小行星迪莫弗斯。幾天后，NASA證實(shí)DART成功地將迪莫弗斯的軌道周期改變了32分鐘——將其從11小時(shí)55分鐘縮短到11小時(shí)23分鐘。

　　檢測(cè)引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)

　　美國斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)。

　　該團(tuán)隊(duì)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)發(fā)生引力相互作用。當(dāng)重新組合時(shí)，原子顯示出與引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)一致的干涉。該效應(yīng)可用于以非常高的精度確定牛頓的萬有引力常數(shù)。

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