2022年，人类还没有彻底摆脱新冠疫情，全球经济也没有完全复苏，世界一些地方还有战火。

尽管这一年仍旧艰难，但在科学领域，人类却没有停止前进的脚步。

最近，英国《物理世界》杂志评选出了“2022年物理学领域十大突破”，从半导体材料到太空望远镜成像，从临床医学到粒子物理……

包括中国科学家在内的各国学者，通过不懈的努力，在物理学的多个领域取得了令人瞩目的进步。

入选“十大突破”的，需要符合以下三条标准：

1.对人类认知和理解方面有相当重大的推动

2.在推动科学进步和（或）促进实际应用上起了重要作用

3.《物理世界》的大多数读者都感兴趣

下面，就让我们来盘点一下，这一年来推动科学的重大突破。

【开创超冷化学新纪元】

这项突破的殊荣分别授予中美两国的科学家：

中国方面研究人员是中国科学技术大学的赵博，潘建伟及其团队，加上中国科学院化学所白春礼团队。

美国方面是则哈佛大学的John Doyle教授及其团队。

中美两国科研团队，各自造出了世界上首批超冷多原子分子。

过去三十多年里，物理学家们一直努力将原子冷却到接近绝对零度（零下273.15摄氏度），也在2000年代中期制造出了世界上第一个超冷双原子分子。

但是，制造包含三个或更多原子的超冷分子依然被认为难以实现。

中美两国的团队运用各自不同但又互补的技术攻克了这个科学堡垒。

中国团队在零下53.15摄氏度制造出了三原子钠钾分子样品，美国团队在零下163.15度制造出了三原子的氢氧化钠样品。

【首次观察到四中子】

60年来，研究人员一直在寻找传说中的“四中子”。

四中子又称四中子态，是由四个中子短暂结合在一起形成的。

过去，科学家们只有它们存在的间接证据，从来没有真正观察到。

今年，达姆施塔特工业大学核物理研究所的Meytal Duer教授及日本理化研究所的合作者们，终于观察到了“四中子”的存在，只不过存在的时间非常短。

Duer教授等人通过在液态氢靶上发射氦8原子核而获得了“四中子”，持续时间只有短短的10^-20秒 （10的负20次方）。

【超高效发电】

美国麻省理工学院和美国国家可再生能源实验室（NREL）的科研人员，合作开发出了一款效率超过40%的热光伏（TPV）电池。

热光伏电池和太阳能电池板相似，都可以转化太阳能。

不同的是，热光伏电池通过光伏效应，能将红外波长的光转换为电能！

麻省理工开发的这款新型热光伏电池，是首个将红外线转化为电能的固态热力发动机。

比起普通的涡轮发电机，它更有效率，还能在各种可能的热源下运行。

理论上，这种设备能成为更清洁、更环保的电力来源，也是对可见光太阳能光伏电池的补充。

【最快的光电开关】

德国普朗克量子光学研究所和慕尼黑大学领导的研究团队，制作出了最快的光电开关 。

研究团队用仅持续一飞秒（10^-15秒）的激光脉冲，以实现每秒运行1000万亿次（1拍赫兹）开关所需的速度，将介电材料样品从绝缘状态切换为导电状态。

尽管实际生活中，人们可能用不到这样的超快速开关，但这个实验表明了经典信号处理的终极限制，也证明了拍赫兹级的固态光电技术在原则上是可行的。

【打开了宇宙的新窗口】

今年7月，美国国家航空航天局（NASA）公布了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的第一张图片。

关于韦伯太空望远镜，我们已经介绍过多次：

这个项目经过多年的延期和成本上涨，历史二十多年，造价100亿美元的韦伯太空望远镜最终在2021年12月25日发射，又在预定位置成功展开工作，成为目前人类观测宇宙最强大的望远镜。

今年，韦伯发回的第一批照片也表明，它所有功能正常，正在为人类全力探索深空，揭开更多宇宙深处的秘密。

【首次人体FALSH质子治疗试验】

美国辛辛那提大学的Emily Daugherty教授的团队及合作者，致力于致力于FAST-01试验（FLASH放射治疗骨转移癌的可行性研究），

今年，他们首次尝试了临床FLASH放疗和首次FLASH质子治疗。也被称为全球首个“超级质子治疗”的临床试验。

FLASH 疗法是一种实验性的治疗方式，原理是在不到一秒的时间内以超高剂量率提供放射疗法，比传统放射疗法的速度快了 100 倍。能达到一次照射摧毁所有癌细胞，而正常细胞无损害的效果。

质子提供的超高剂量率辐射，还能治疗位于身体深处的肿瘤。可以说是放射性疗法发展的新方向。

【完善光的传输和吸收】

维也纳工业大学Stefan Rotter和法国雷恩大学Matthieu Davy共同领导的团队，制造了一种抗反射的结构，能让光线更容易地穿过某个物体。

他们在光的“穿透性”方面取得了重大的突破。

而与此相对的，是以色列耶路撒冷希伯来大学Ori Katz教授团队的一项研究：

他们开发出了“反激光”技术，能让任何材料吸收多个角度射来的光线。

他们在光的“吸收”方面取得了重大突破。

【优胜的半导体：立方砷化硼】

中美两个独立的团队，各自证实了最好的半导体材料——立方砷化硼。

中国团队是国家纳米科学中心的刘新风教授领导的，联合了休斯顿大学的包吉明团队和任志锋团队。

美国团队是麻省理工学院的陈刚教授领导。

两个团队在实验中证明明，和最常用硅材料相比，立方砷化硼运行速度更快，且运行中不易发热，是更好的半导体材料。

【改变小行星轨道】

这项成就属于美国宇航局NASA。

去年11月，NASA发射了一颗冰箱大小的飞行器，去撞击小行星迪莫弗斯（Dimorphos），以此来测试撞击能否改变小行星的运行轨道。

这项实验被称为“双小行星重定向测试”（DART）。

今年10月，飞行器以每秒6000米的速度成功击中了小行星，数天后，NASA宣布了测算结果：

撞击使小行星迪莫弗斯运行轨道的时间比过去缩短了32分钟。

这项实验表明：

通过撞击小行星改变其轨道来保护地球，理论上是可行的。

【检测引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应】

美国斯坦福大学研究团队成功检测到了引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应。

阿哈罗诺夫—玻姆效应原本是量子物理学里的现象，它证明即使在磁场为零的区域，仍会存在磁效应。

该团队将超冷的原子分成两组，每组相距约25厘米，其中一组与大质量的物质发生引力相互作用。

当重新组合时，原子显示出与引力的阿哈罗诺夫—玻姆效应一致的干涉。

这个效应也可用于确定精度较高的牛顿万有引力常数。

但愿，在接下来的2023年里，人类可以在物理学领域取得更大的突破。

无论世界怎样变幻，人类对科学进步的追求，却是永恒不变的。