2022年，人類還沒有徹底擺脫新冠疫情，全球經(jīng)濟也沒有完全復(fù)蘇，世界一些地方還有戰(zhàn)火。

盡管這一年仍舊艱難，但在科學(xué)領(lǐng)域，人類卻沒有停止前進(jìn)的腳步。

最近，英國《物理世界》雜志評選出了“2022年物理學(xué)領(lǐng)域十大突破”，從半導(dǎo)體材料到太空望遠(yuǎn)鏡成像，從臨床醫(yī)學(xué)到粒子物理……

包括中國科學(xué)家在內(nèi)的各國學(xué)者，通過不懈的努力，在物理學(xué)的多個領(lǐng)域取得了令人矚目的進(jìn)步。

入選“十大突破”的，需要符合以下三條標(biāo)準(zhǔn)：

1.對人類認(rèn)知和理解方面有相當(dāng)重大的推動

2.在推動科學(xué)進(jìn)步和（或）促進(jìn)實際應(yīng)用上起了重要作用

3.《物理世界》的大多數(shù)讀者都感興趣

下面，就讓我們來盤點一下，這一年來推動科學(xué)的重大突破。

【開創(chuàng)超冷化學(xué)新紀(jì)元】

這項突破的殊榮分別授予中美兩國的科學(xué)家：

中國方面研究人員是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的趙博，潘建偉及其團隊，加上中國科學(xué)院化學(xué)所白春禮團隊。

美國方面是則哈佛大學(xué)的John Doyle教授及其團隊。

中美兩國科研團隊，各自造出了世界上首批超冷多原子分子。

過去三十多年里，物理學(xué)家們一直努力將原子冷卻到接近絕對零度（零下273.15攝氏度），也在2000年代中期制造出了世界上第一個超冷雙原子分子。

但是，制造包含三個或更多原子的超冷分子依然被認(rèn)為難以實現(xiàn)。

中美兩國的團隊運用各自不同但又互補的技術(shù)攻克了這個科學(xué)堡壘。

中國團隊在零下53.15攝氏度制造出了三原子鈉鉀分子樣品，美國團隊在零下163.15度制造出了三原子的氫氧化鈉樣品。

【首次觀察到四中子】

60年來，研究人員一直在尋找傳說中的“四中子”。

四中子又稱四中子態(tài)，是由四個中子短暫結(jié)合在一起形成的。

過去，科學(xué)家們只有它們存在的間接證據(jù)，從來沒有真正觀察到。

今年，達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)核物理研究所的Meytal Duer教授及日本理化研究所的合作者們，終于觀察到了“四中子”的存在，只不過存在的時間非常短。

Duer教授等人通過在液態(tài)氫靶上發(fā)射氦8原子核而獲得了“四中子”，持續(xù)時間只有短短的10^-20秒 （10的負(fù)20次方）。

【超高效發(fā)電】

美國麻省理工學(xué)院和美國國家可再生能源實驗室（NREL）的科研人員，合作開發(fā)出了一款效率超過40%的熱光伏（TPV）電池。

熱光伏電池和太陽能電池板相似，都可以轉(zhuǎn)化太陽能。

不同的是，熱光伏電池通過光伏效應(yīng)，能將紅外波長的光轉(zhuǎn)換為電能！

麻省理工開發(fā)的這款新型熱光伏電池，是首個將紅外線轉(zhuǎn)化為電能的固態(tài)熱力發(fā)動機。

比起普通的渦輪發(fā)電機，它更有效率，還能在各種可能的熱源下運行。

理論上，這種設(shè)備能成為更清潔、更環(huán)保的電力來源，也是對可見光太陽能光伏電池的補充。

【最快的光電開關(guān)】

德國普朗克量子光學(xué)研究所和慕尼黑大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，制作出了最快的光電開關(guān) 。

研究團隊用僅持續(xù)一飛秒（10^-15秒）的激光脈沖，以實現(xiàn)每秒運行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)。

盡管實際生活中，人們可能用不到這樣的超快速開關(guān)，但這個實驗表明了經(jīng)典信號處理的終極限制，也證明了拍赫茲級的固態(tài)光電技術(shù)在原則上是可行的。

【打開了宇宙的新窗口】

今年7月，美國國家航空航天局（NASA）公布了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的第一張圖片。

關(guān)于韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，我們已經(jīng)介紹過多次：

這個項目經(jīng)過多年的延期和成本上漲，歷史二十多年，造價100億美元的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡最終在2021年12月25日發(fā)射，又在預(yù)定位置成功展開工作，成為目前人類觀測宇宙最強大的望遠(yuǎn)鏡。

今年，韋伯發(fā)回的第一批照片也表明，它所有功能正常，正在為人類全力探索深空，揭開更多宇宙深處的秘密。

【首次人體FALSH質(zhì)子治療試驗】

美國辛辛那提大學(xué)的Emily Daugherty教授的團隊及合作者，致力于致力于FAST-01試驗（FLASH放射治療骨轉(zhuǎn)移癌的可行性研究），

今年，他們首次嘗試了臨床FLASH放療和首次FLASH質(zhì)子治療。也被稱為全球首個“超級質(zhì)子治療”的臨床試驗。

FLASH 療法是一種實驗性的治療方式，原理是在不到一秒的時間內(nèi)以超高劑量率提供放射療法，比傳統(tǒng)放射療法的速度快了 100 倍。能達(dá)到一次照射摧毀所有癌細(xì)胞，而正常細(xì)胞無損害的效果。

質(zhì)子提供的超高劑量率輻射，還能治療位于身體深處的腫瘤?？梢哉f是放射性療法發(fā)展的新方向。

【完善光的傳輸和吸收】

維也納工業(yè)大學(xué)Stefan Rotter和法國雷恩大學(xué)Matthieu Davy共同領(lǐng)導(dǎo)的團隊，制造了一種抗反射的結(jié)構(gòu)，能讓光線更容易地穿過某個物體。

他們在光的“穿透性”方面取得了重大的突破。

而與此相對的，是以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)Ori Katz教授團隊的一項研究：

他們開發(fā)出了“反激光”技術(shù)，能讓任何材料吸收多個角度射來的光線。

他們在光的“吸收”方面取得了重大突破。

【優(yōu)勝的半導(dǎo)體：立方砷化硼】

中美兩個獨立的團隊，各自證實了最好的半導(dǎo)體材料——立方砷化硼。

中國團隊是國家納米科學(xué)中心的劉新風(fēng)教授領(lǐng)導(dǎo)的，聯(lián)合了休斯頓大學(xué)的包吉明團隊和任志鋒團隊。

美國團隊是麻省理工學(xué)院的陳剛教授領(lǐng)導(dǎo)。

兩個團隊在實驗中證明明，和最常用硅材料相比，立方砷化硼運行速度更快，且運行中不易發(fā)熱，是更好的半導(dǎo)體材料。

【改變小行星軌道】

這項成就屬于美國宇航局NASA。

去年11月，NASA發(fā)射了一顆冰箱大小的飛行器，去撞擊小行星迪莫弗斯（Dimorphos），以此來測試撞擊能否改變小行星的運行軌道。

這項實驗被稱為“雙小行星重定向測試”（DART）。

今年10月，飛行器以每秒6000米的速度成功擊中了小行星，數(shù)天后，NASA宣布了測算結(jié)果：

撞擊使小行星迪莫弗斯運行軌道的時間比過去縮短了32分鐘。

這項實驗表明：

通過撞擊小行星改變其軌道來保護地球，理論上是可行的。

【檢測引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)】

美國斯坦福大學(xué)研究團隊成功檢測到了引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)。

阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)原本是量子物理學(xué)里的現(xiàn)象，它證明即使在磁場為零的區(qū)域，仍會存在磁效應(yīng)。

該團隊將超冷的原子分成兩組，每組相距約25厘米，其中一組與大質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生引力相互作用。

當(dāng)重新組合時，原子顯示出與引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)一致的干涉。

這個效應(yīng)也可用于確定精度較高的牛頓萬有引力常數(shù)。

但愿，在接下來的2023年里，人類可以在物理學(xué)領(lǐng)域取得更大的突破。

無論世界怎樣變幻，人類對科學(xué)進(jìn)步的追求，卻是永恒不變的。