探索量子三体！潘建伟团队入选Physics World 2022十大年度突破

光子盒研究院出品

12月8日，英国物理学会新闻网站Physics World宣布了2022年十大年度突破，这些突破涵盖了从量子和医学物理到天文学和凝聚态物质的各个方面，包括刚刚发文创造了超冷多原子分子的潘建伟团队。

这10项突破是由Physics World的一个编辑小组选出的：他们筛选了今年发表在Physics World网站上的数百项物理学领域的研究更新，2022年度突破奖(10项中选择1项)将于12月14日正式揭晓[1]。以下是2022年的十大突破，排名不分先后：

01

开启超冷化学的新时代

冷却光（Cooling light）：潘建伟及其同事使用的实验装置

中国科学技术大学和中国科学院的潘建伟、赵博和美国哈佛大学的John Doyle等科学家创造了第一个超冷多原子分子。2022年12月2日，这一研究成果发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上[2]。

尽管30多年来物理学家一直在将原子冷却到绝对零度以上，并且在2000年代中期出现了第一个超冷双原子分子，但制造含有三个或更多原子的超冷分子的目标被证明是难以实现的。

中国科技大学和哈佛大学的团队使用不同的互补技术，分别在220 nK和110 µK的温度下制造了三原子钠钾分子的样品。他们的成就为物理学和化学的新研究铺平了道路，超冷化学反应的研究、新形式的量子模拟和基础科学的测试都更接近于实现。由于这些多原子分子平台的存在，超冷化学反应的研究、新形式的量子模拟以及基础科学的测试都更容易实现。

磁缔合制备超冷三原子分子系综的示意图

在该项研究中，团队从量子简并的钠钾分子和钾原子混合气出发，在钠钾分子和钾原子的Feshbach共振附近，通过缓慢地扫描磁场，将钠钾分子–钾原子散射态绝热地转移到三原子分子束缚态，从而首次成功利用磁缔合技术相干地制备了高相空间密度的超冷三原子分子系综。研究团队利用射频解离技术将三原子分子解离成自由的钠钾分子和原子，获得了三原子分子的解离谱，从而实现了三原子分子的直接探测。实验结果显示，所获得的三原子分子气的相空间密度比其他方法提高了约10个量级。超冷三原子分子系综的制备为模拟量子力学下三体问题铺平了道路，所获得的高相空间密度也使得制备三原子分子的玻色–爱因斯坦凝聚成为可能。

审稿人一致认为这一工作是超冷分子研究领域的一个里程碑，为超冷化学和量子模拟的研究开辟了新的方向。

除了今年以外，潘建伟团队在2015年也入选了Physics World十大年度突破，并获得了最终的年度突破奖。当时，潘建伟和陆朝阳因首次实现同时传送一个基本粒子(光子)的两个内秉属性的工作入选，这是在中国本土完成的工作第一次获此殊荣。

02

观察四中子

德国达姆施塔特工业大学核物理研究所的Meytal Duer和SAMURAI合作组织成员观测到了四中子，并证明了不带电的核物质的存在，即使只是很短的时间。

03

超高效的发电

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，构建了一种效率超过40%的热光伏（TPV）电池。

04

最快的光电开关

Marcus Ossiander、Martin Schultze和德国马克斯-普朗克量子光学研究所和慕尼黑大学、奥地利维也纳工业大学和格拉茨技术大学以及意大利CNR NANOTEC纳米技术研究所团队，定义并探索了物理设备中光电开关的“速度极限”。

05

打开宇宙的新窗口

JWST看到的船底座星云

经过多年的延迟和成本上涨，耗资100亿美元的詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)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JWST还必须经受住一系列危险的深空拆包动作，其中包括展开其6.5米的主镜以及展开其网球场大小的遮阳板。该天文台预计将一直运行到2030年，并且已经开始为天文学带来变革。

06

首次人体FLASH质子治疗

美国辛辛那提大学的Emily Daugherty和从事FAST-01试验的合作者进行了首次FLASH放射治疗的临床试验，并首次在人体中使用FLASH质子疗法。

07

完善光的传输和吸收

奥地利维也纳技术大学的Stefan Rotter和法国雷恩大学的Matthieu Davy领导的团队创造了一种抗反射结构，能够在复杂的介质中实现完美的传输；同时由Rotter和以色列耶路撒冷希伯来大学的Ori Katz领导的合作，开发了一种“抗激光（anti-laser）”，使任何材料能够从广泛的角度吸收所有光线。

08

全新半导体：立方砷化硼

立方砷化硼的球棍表示

美国麻省理工学院的陈刚和中国北京国家纳米科学与技术中心的刘新风领导的独立团队，他们展示了立方砷化硼是科学界已知的最佳半导体之一。

09

改变一个小行星的轨道

美国国家航空航天局和美国约翰霍普金斯应用物理实验室通过成功改变小行星的轨道首次展示“动能撞击”。

10

探测引力的阿哈罗诺夫-玻姆效应

美国斯坦福大学的Chris Overstreet、Peter Asenbaum、Mark Kasevich和同事们探测到了阿哈罗诺夫-玻姆的引力效应。

最初的阿哈罗诺夫-博姆效应在1949年首次被预测，它是一种量子现象，即带电粒子的波函数受到电势或磁势的影响，即使该粒子处于零电场和磁场的区域。自20世纪60年代以来，人们通过分裂一束电子并将两束电子送至含有完全屏蔽的磁场的区域的两侧来观察这一效应。当这两束电子在一个检测器上重新结合时，阿哈罗诺夫-玻姆效应被显示为两束电子之间的干涉。

现在，斯坦福大学的物理学家使用超冷原子观察到了这种效应的引力版本。研究小组将原子分成两组，两组之间相隔约25厘米，其中一组与一个大质量的物体发生引力作用。当重新组合时，原子显示出一种干扰，与阿哈罗诺夫-博姆效应的引力一致。该效应可用于确定牛顿的引力常数，精确度非常高。

参考链接：

[1]https://physicsworld.com/a/physics-world-reveals-its-top-10-breakthroughs-of-the-year-for-2022/

[2]www.science.org/doi/10.1126/science.ade6307

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