Mundo de la física se complace en anunciar sus 10 principales avances del año para 2023, que van desde la investigación en astronomía y física médica hasta la ciencia cuántica, la física atómica y más. El general Mundo de la física El avance del año se revelará el jueves 14 de diciembre.
Los 10 avances fueron seleccionados por un panel de Mundo de la física editores, que revisaron cientos de actualizaciones de investigación publicadas en el sitio web este año en todos los campos de la física. Además de haber sido reportado en Mundo de la física en 2023, las selecciones deben cumplir con los siguientes criterios:
- Avance significativo en el conocimiento o la comprensión.
- Importancia del trabajo para el progreso científico y/o el desarrollo de aplicaciones del mundo real
- De interés general para Mundo de la física lectores
Los 10 principales avances para 2023 se enumeran a continuación en orden cronológico según el momento en que se informaron en Física World. Vuelve la semana que viene para saber cuál ha ganado la general. Mundo de la física Premio a la revelación del año.
A Jenofon Strakosas, hanne biesman, Magnus Berggren y colegas de la Universidad de Linköping, la Universidad de Lund y la Universidad de Gotemburgo por desarrollar una forma de crear circuitos electrónicos directamente dentro del tejido vivo. La interconexión del tejido neuronal con la electrónica proporciona una forma de estudiar las complejas señales eléctricas del sistema nervioso o modular los circuitos neuronales para tratar enfermedades. Sin embargo, la falta de coincidencia entre la electrónica rígida y los tejidos blandos corre el riesgo de dañar sistemas vivos delicados. En cambio, el equipo utilizó un gel inyectable para crear electrodos blandos directamente dentro del cuerpo. Después de la inyección en tejido vivo, las enzimas del gel descomponen los metabolitos endógenos del cuerpo, lo que desencadena la polimerización enzimática de los monómeros orgánicos del gel, convirtiéndolos en electrodos conductores suaves y estables. Los investigadores validaron el proceso inyectando geles en peces cebra y sanguijuelas medicinales, donde el gel se polimerizó y hizo crecer electrodos dentro del tejido.
A Tejín Cai en la Universidad de Rochester en los EE. UU. y colegas que trabajan en el Fermilab Minerva Experimento para mostrar cómo se puede obtener información sobre la estructura interna del protón a partir de neutrinos que se dispersan desde un objetivo de plástico. Los neutrinos son partículas subatómicas famosas por interactuar raramente con la materia. Por eso surgieron dudas cuando Cai, un investigador postdoctoral, sugirió que se podía observar la dispersión ocasional de neutrinos a partir de protones en el plástico. El gran desafío para el equipo fue observar la señal de los neutrinos dispersos a partir de protones solitarios (núcleos de hidrógeno) dentro de un fondo mucho más amplio de neutrinos dispersos de protones unidos en núcleos de carbono. Para resolver este problema, simularon la señal dispersada por carbono y la restaron cuidadosamente de los datos experimentales. Además de proporcionar información sobre la estructura del protón, la técnica también podría arrojar más luz sobre cómo interactúan los neutrinos con la materia.
A Celia Viermann y Markus Oberthaler de la Universidad de Heidelberg, Alemania, junto con Stefan Florchinger de la Universidad de Jena, Alemania, y colegas de la Universidad Complutense de Madrid, España, Ruhr-Universität Bochum, Alemania y la Universidad libre de Bruselas, Bélgica, por utilizar un condensado de Bose-Einstein (BEC) para simular un universo en expansión y los campos cuánticos dentro de él. En este sistema simulado, el condensado representaba el universo, mientras que los fonones que se movían a través de él desempeñaban el papel de los campos cuánticos. Al cambiar la longitud de dispersión de los átomos en el BEC, el equipo hizo que el "universo" se expandiera a diferentes velocidades y estudió cómo los fonones sembraban fluctuaciones de densidad en su interior. Las teorías de la cosmología predicen que efectos similares fueron responsables de sembrar estructuras a gran escala en el universo primitivo, por lo que el universo simulado puede producir información valiosa sobre cómo el universo real llegó a ser como es hoy.
A Romain Tirol y Ricardo Sapienza en el Imperial College London y colegas para la demostración de la interferencia de la doble rendija de Young en el tiempo. La observación en el siglo XIX de la interferencia de las ondas luminosas por Thomas joven Es uno de los experimentos más emblemáticos de la historia de la física y proporcionó un apoyo fundamental a la teoría ondulatoria de la luz. Si bien ese experimento y otros similares implican la difracción de la luz a través de un par de rendijas estrechas en el espacio, investigadores en el Reino Unido y otros lugares demostraron que es posible lograr el efecto equivalente utilizando rendijas dobles en el tiempo. El análogo temporal implica un impulso fijo pero una frecuencia cambiante. Un material en el que dos rendijas aparecen rápidamente y luego desaparecen, una tras otra, debería provocar que las ondas entrantes mantengan su trayectoria en el espacio pero se dispersen en frecuencia. Los investigadores lograron esto activando y desactivando la reflectividad de un espejo semiconductor dos veces en rápida sucesión y registrando franjas de interferencia a lo largo del espectro de frecuencia de la luz que rebota en el espejo. Vieron que la interferencia ocurre entre ondas de diferentes frecuencias, en lugar de diferentes posiciones espaciales. El trabajo podría tener varias aplicaciones, como interruptores ópticos para procesamiento y comunicación de señales o en informática óptica.
A gregoire courtine en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), Jocelyn Bloch en el Hospital Universitario de Lausana y en la EPFL, Guillaume Charvet en Clinatec de CEA-Leti, y colegas de desarrollar un "puente digital" entre el cerebro y la médula espinal que permitía a una persona con parálisis ponerse de pie y caminar de forma natural. Una lesión de la médula espinal puede desconectar la comunicación entre el cerebro y la región de la médula espinal que produce la marcha, lo que puede provocar una parálisis permanente. Para restablecer esta comunicación, el equipo desarrolló una interfaz cerebro-columna, que comprende dos sistemas implantables: uno para registrar la actividad cortical y decodificar la intención del usuario de mover las extremidades inferiores; y el otro para estimular eléctricamente la región de la médula espinal que controla el movimiento de las piernas. El equipo probó el sistema en un hombre de 38 años con una lesión en la médula espinal tras un accidente de bicicleta diez años antes. Después de la cirugía de implante, el puente permitió al participante recuperar el control intuitivo sobre los movimientos de sus piernas, permitiéndole pararse, caminar, subir escaleras y atravesar terrenos complejos.
A ben lanyon y colegas de la Universidad de Innsbruck, Austria, y la Universidad de París-Saclay, Francia, por construir un repetidor cuántico y usarlo para transferir información cuántica a una distancia de 50 km a través de fibras de telecomunicaciones estándar, demostrando así todas las funcionalidades clave de una red cuántica de larga distancia en un solo sistema. El equipo creó su repetidor cuántico a partir de un par de iones de calcio-40 atrapados que emiten fotones después de ser iluminados con un pulso láser. Estos fotones, cada uno de los cuales está entrelazado con su ion "progenitor", luego se convierten en longitudes de onda de telecomunicaciones y se envían por fibras ópticas separadas de 25 km de longitud. Finalmente, el repetidor intercambia el entrelazamiento de los dos iones, dejando dos fotones entrelazados a 50 km de distancia, aproximadamente la distancia necesaria para crear redes a gran escala con múltiples nodos.
Sierra Wai Hla, Volker rosa at Argonne National Laboratory en los EE. UU. y colegas para obtener imágenes de un solo átomo con rayos X sincrotrón. Hasta hace poco, el tamaño de muestra más pequeño que podía analizarse mediante microscopía de efecto túnel de barrido de rayos X sincrotrón era un attograma, que equivale a unos 10,000 átomos. Esto se debe a que la señal de rayos X producida por un solo átomo es extremadamente débil y los detectores convencionales no son lo suficientemente sensibles para detectarla. Para evitar esto, el equipo añadió una punta metálica afilada a un detector de rayos X convencional, que se coloca a sólo 1 nm por encima de la muestra a estudiar. A medida que la punta afilada se mueve a través de la superficie de una muestra, los electrones atraviesan el espacio entre la punta y la muestra, creando una corriente y esto esencialmente detecta "huellas dactilares" que son únicas para cada elemento. Esto permitió al equipo combinar la resolución espacial ultraalta de la microscopía de efecto túnel con la sensibilidad química proporcionada por la intensa iluminación de rayos X. La técnica podría dar lugar a aplicaciones en el diseño de materiales y en las ciencias medioambientales gracias a la capacidad de rastrear materiales tóxicos hasta niveles extremadamente bajos.
Al Colaboración EIGER por utilizar el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para encontrar evidencia convincente de que las galaxias tempranas fueron responsables de la reionización del universo primitivo. La reionización se produjo aproximadamente mil millones de años después del Big Bang e implicó la ionización del gas hidrógeno. Esto permitió que la luz que habría sido absorbida por el hidrógeno viajara a los telescopios actuales. La reionización parece haber comenzado como burbujas locales que crecieron y se fusionaron. Estas burbujas habrían sido creadas por fuentes de radiación, y una posibilidad es que provinieran de estrellas en galaxias. Los investigadores del EIGER utilizaron la cámara de infrarrojo cercano del JWST para observar la luz de antiguos quásares que habían atravesado las burbujas ionizadas. Encontraron una correlación entre la ubicación de las galaxias y las burbujas, lo que sugiere que la luz de estas primeras galaxias era efectivamente responsable de la reionización.
A Meng Wang, Songlin Shi y Jay Fineberg de la Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel, por descubrir que las grietas en ciertos materiales pueden extenderse más rápido que la velocidad del sonido. El resultado contradice tanto los resultados experimentales anteriores como las predicciones basadas en la teoría clásica, que afirman que la propagación de grietas supersónicas no debería ser posible porque la velocidad del sonido en un material refleja la rapidez con la que la energía mecánica puede moverse a través de él. Las observaciones del equipo pueden indicar la presencia de la llamada dinámica de "supercorte" regida por principios diferentes a los que guían las grietas clásicas, como lo predijo Michael Marder de la Universidad de Texas en Austin, EE. UU., casi 20 años antes.
Al Colaboración ALFA por mostrar que la antimateria responde a la gravedad de la misma manera que la materia. Los físicos utilizaron el experimento ALPHA-g en el CERN para realizar la primera observación directa de átomos de antimateria en caída libre: antihidrógeno que comprende un antiprotón unido a un antielectrón. Esto se hizo en una cámara de vacío cilíndrica alta en la que primero se mantuvo antihidrógeno en una trampa magnética. El antihidrógeno se liberó de la trampa y se le permitió aniquilarse en las paredes de la cámara. El equipo descubrió que se produjeron más aniquilaciones por debajo del punto de liberación que por encima de él. Después de considerar el movimiento térmico del antihidrógeno, el equipo concluyó que la antimateria cae. Sorprendentemente, la aceleración del antihidrógeno debida a la gravedad fue aproximadamente el 75% de la experimentada por la materia normal. Aunque esta medición tiene una baja significancia estadística, deja la puerta abierta a nueva física más allá del Modelo Estándar.
Mención honorífica
Una mención de honor en nuestro top 10 de este año es para los físicos que trabajan en el centro de investigación de 3.5 millones de dólares. Instalación Nacional de Encendido (NIF) en los EE. UU. por el trabajo que se realizó en el laboratorio a fines del año pasado después de que elegimos a nuestros ganadores de 2022 (y por lo tanto también nos perdemos nuestra gran elección de 2023). El 13 de diciembre de 2022 el laboratorio anunció la generación de más energía a partir de una reacción de fusión nuclear controlada de la necesaria para impulsar la reacción. El disparo láser, realizado el 5 de diciembre de 2022, liberó 3.15 millones de julios (MJ) de energía de una pequeña bolita que contenía dos isótopos de hidrógeno, en comparación con los 2.05 MJ que esos láseres entregaron al objetivo. Esta demostración de ganancia neta de energía marca un hito importante en la fusión láser.
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