12月7日，英国物理学会《物理世界》（Physics World）杂志评选出了 2022年度十大突破 ，涵盖了从量子物理、医学物理到天文、凝聚态物理的各个领域。 中国科学技术大学潘建伟、赵博团队的研究成果入选。
以下是2022年度十大突破。下周三（12月14日），《物理世界》还将从中选出最终的“年度突破”。你不妨也先猜测一下。
（以下内容编译自 Physics World官网新闻 。）
从超冷原子和双原子分子混合气中利用射频场合成三原子分子的示意图（来自中国科大）
中国科学技术大学 潘建伟、赵博 及其同事和美国哈佛大学 John Doyle 及其同事，这两组相互独立的研究团队最早制备出超冷多原子分子。
将原子冷却到接近绝对零度已经有超过30年的历史；在21世纪00年代中期，物理学家制备出第一个超冷双原子分子（即包含两个原子的分子）。尽管如此，制备包含三个或更多原子的超冷分子这一目标一直难以实现。
利用不同的、互补的技术，中国科大和哈佛大学的团队分别制备出 23 Na40 K2 三原子分子（温度为220 nK，1 nk即 10-9 K）和CaOH分子（温度为110µK，1 µk即 10-6 K）。基于这些多原子分子平台，超冷化学反应的研究、新形式的量子模拟和基础科学的检验都接近实现。他们的成就为物理和化学的新研究铺平了道路。
注
图源：Shutterstock/paul_june
德国达姆施塔特工业大学核物理研究所的Meytal Duer 以及SAMURAI 合作组的其他成员观察到了tetraneutron（“四中子”，即由4个中子组成的物质），并证实了不带电核物质的存在，即使寿命很短暂。
“四中子”是在日本理化所仁科中心的RIBF装置上发现的。“四中子”是通过向液氢靶发射氦-8原子核而产生的。碰撞可以将氦-8原子核分裂成一个α粒子（两个质子和两个中子）和一个“四中子”。
通过探测反冲的α粒子和氢核，研究小组计算出四个中子以未束缚“四中子”状态存在 10 -22 秒。观测结果的统计显著性大于5σ，超过了粒子物理学发现的阈值。该团队现在计划研究“四中子”中的单个中子，并寻找含有6个和8个中子的新粒子。
图源：A LaPotin
美国麻省理工学院和国家可再生能源实验室的Alina LaPotin、Asegun Henry 及其同事制造了效率超过40%的热光伏（TPV）电池。 这种新型TPV电池是第一种将红外光转换为电能、效率优于涡轮发电机的固态热机，而且它可以使用各种可能的热源，包括：热能储存系统、太阳辐射、废热，以及核反应。因此，该器件可以成为更清洁、更环保电网的重要组成部分，并成为可见光太阳能光伏电池的补充。
Marcus Ossiander、Martin Schultze 及其同事们定义和探索了物理器件中光电开关的“速度限制”。他们来自德国的马普量子光学研究所和慕尼黑大学、奥地利的维也纳工业大学和格拉茨技术大学、意大利的CNR NANOTEC纳米技术研究所。为了实现每秒1000万亿次的速度，该团队使用了仅持续1飞秒（即1000万亿分之一秒）的激光脉冲，将介电材料样本从绝缘状态切换到导电状态。虽然驱动这种超高速开关所需的仪器像公寓一样大小——这意味着它不会很快出现在实际设备中，但这一结论表明了经典信号处理的基本限制，以及拍赫兹（即每秒1000万亿次）固态光电子学在原则上是可行的。 图源：NASA, ESA, CSA and STScI 美国国家航空航天局（NASA ）、加拿大航天局（CSA ）和欧洲航天局（ESA ）部署了詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST），并拍摄了第一批图像。 经过多年推迟和成本上涨，耗资100亿美元的韦布太空望远镜终于在2021年12月25日发射。对于许多太空探测器来说，发射是任务中最危险的部分，但韦布太空望远镜还必须经受住一系列考验，包括展开6.5米的主镜，展开网球场大小的遮阳板。 在发射之前，工程师发现了344个“单点”故障，这些故障可能会阻碍望远镜的任务，或者更糟，使它无法使用。值得注意的是，没有遇到任何问题，在其科学仪器投入使用后，望远镜很快就开始采集数据，并捕捉宇宙的壮观图像。 美国总统拜登在白宫的一次特别活动上公布了韦布太空望远镜的第一张照片，此后又发布了许多令人眼花缭乱的照片。该太空望远镜预计将运行到21世纪30年代，它已经走上了革新天文学的道路。 美国辛辛那提大学的Emily Daugherty 和参与FAST-01 试验的合作者进行了第一次FLASH放射治疗的临床试验，首次在人体上使用FLASH质子治疗。 FLASH放射治疗是一种新兴的治疗技术，它以超高剂量率进行放射治疗，这种方法被认为可以保护健康组织，同时仍然有效地杀死癌细胞。使用质子来传递超高剂量率的辐射将允许对位于体内深处的肿瘤进行治疗。 该试验包括10名患有手臂和腿部疼痛性骨转移的患者，他们接受了40戈瑞/秒（或更高）的质子治疗——大约是常规光子放射治疗剂量率的1000倍。该团队证明了临床工作流程的可行性，并表明FLASH质子治疗在缓解疼痛方面与传统放射治疗一样有效，而且不会引起意外的副作用。
图源：TU Wien
奥地利维也纳工业大学Stefan Rotter 和法国雷恩大学Matthieu Davy 领导的团队创造了一种“抗反射”结构，通过复杂介质能够实现完美透射；Stefan Rotter还和以色列希伯来大学Ori Katz 合作，他们开发了一种“反激光”，使任何材料都能吸收来自很大范围内不同角度的所有光。 在前一项研究中，研究人员设计了一种抗反射层，它经过了数学优化，以匹配波从物体前表面反射的方式。将这种结构放置在随机无序的介质前，反射完全消除了，使物体对所有入射光波都是半透明的。 在后一项研究中，基于一组反射镜和透镜，研究团队开发了一种相干的完美吸收器，可以将入射光囚禁在一个腔内。由于精确计算的干涉效应，入射光束与反射光束发生干涉，因此反射光束几乎完全消失。
图源：Christine Daniloff/MIT
美国麻省理工学院陈刚 领导的团队和中国国家纳米科学中心刘新风 领导的团队，这两个独立的研究组展示了立方砷化硼是科学上已知的最好半导体之一。 两个团队的实验表明，这种材料比硅半导体具有更高的导热性和空穴迁移率，而后者构成现代电子产品的基础。在硅半导体中，空穴的低迁移率限制了硅器件的运行速度，而低热导率会导致电子器件过热。 长期以来，立方砷化硼一直被预测在这些性能上优于硅，但制备出足够大的单晶材料样本来测量其性能是一项挑战。现在这两组团队都克服了这一挑战，使立方砷化硼的实际应用更近了一步。 图源：NASA/ESA/STScI/Hubble
美国国家航空航天局（NASA）和约翰·霍普金斯应用物理实验室首次成功地改变了一颗小行星的轨道，演示了“动能撞击”。 DART飞行器（Double Asteroid Redirection Test，意为“双小行星重定向测试”）于2021年11月发射，是首个探究小行星动能撞击的项目。其目标是一个双近地小行星系统 ——一个直径160米的小行星Dimorphos围绕着一个直径780米的小行星Didymos运行。 在飞行了1100万公里到达小行星系统后，10月，DART以每秒6公里的速度成功撞击了Dimorphos。几天后，NASA证实了DART成功地将Dimorphos的轨道改变了——轨道周期改变了32分钟，从11小时55分钟缩短到11小时23分钟。 研究结果将用于评估如何最好地应用动能撞击技术 来保护我们地球。 图源：Shutterstock/Evgenia Fux
美国斯坦福大学的 Chris Overstreet、Peter Asenbaum、Mark Kasevich 及其同事发现了引力的阿哈罗诺夫-博姆效应。
原始版本的阿哈罗诺夫-玻姆效应于1949年首次被预测，它是一种量子现象：带电粒子即使处于零电场和磁场的区域，其波函数也会受到电势或磁势的影响。自20世纪60年代，这种效应已经被观测到。现在，斯坦福大学的物理学家利用超冷原子观察到了这一效应的引力版本 。
编译：王佳
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