冷卻燈：約翰·道爾團隊使用的實驗裝置。

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

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)等各個方面,。這十項突破是由《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)百項研究中精選出來的。中國兩個科學(xué)家團隊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零度,，并且在2000年代中期造出了第一個超冷雙原子分子，但制造包含3個或更多原子的超冷分子的目標(biāo)依然很難實現(xiàn),。

中國科技大學(xué)和哈佛團隊使用不同且互補的技術(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)的測試都得益于這些多原子分子平臺，使其更容易實現(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,。碰撞可將一個氦8原子核分裂成一個α粒子（兩個質(zhì)子和兩個中子）和一個四中子,。通過檢測反沖的α粒子和氫原子核，團隊計算出這四個中子以未結(jié)合的四中子狀態(tài)存在的時間僅為10^-22秒,。觀察結(jié)果的統(tǒng)計顯著性大于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驗室研究人員構(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)動機,，比基于渦輪的發(fā)電機更有效，并且它可在各種可能的熱源下運行,。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，以及對可見光太陽能光伏電池的補充,。

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)的國際團隊,，定義和探索了物理設(shè)備中光電開關(guān)的“速度限制” 。

該團隊使用僅持續(xù)1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),。

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)研究團隊致力于FAST-01試驗,，以進行FLASH放療的首次臨床試驗和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),，它以超高劑量率進行輻射,，這種方法被認(rèn)為可保護健康組織，同時仍能有效殺死癌細(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)團隊創(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)放置在隨機無序的介質(zhì)前面可完全消除反射,，并使物體對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

兩個獨立的團隊——一個由美國麻省理工學(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,。

這兩個團隊進行的實驗表明，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行速度，而其低導(dǎo)熱性會導(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)用物理實驗室通過成功改變小行星的軌道,，首次展示了“動能撞擊”。

雙小行星重定向測試（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55分鐘縮短到11小時23分鐘,。

檢測引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)

美國斯坦福大學(xué)研究團隊檢測了引力的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)。

該團隊將原子分成兩組,，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，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),。