2012年度10大科學突破

美國《科學》雜誌20日公布了本年度10大科學突破:希格斯玻色子、丹尼索瓦人基因組、讓幹細胞形成卵子、好奇號的著陸系統、X射線雷射解開蛋白質的結構、基因組的精密工程、馬約拉納費米子、ENCODE項目、大腦/機器界面、中微子混合角，其中科學家在難以捉摸的希格斯玻色子亞原子粒子研究領域取得的成果被評為2012年最重要的科學發現。

基本介紹

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發布

美國《科學》雜誌2012年12月20日公布了本年度10大科學突破，科學家在難以捉摸的希格斯玻色子亞原子粒子研究領域取得的成果被評為2012年最重要的科學發現。40多年前，科學家假定了希格斯玻色子的存在，它是解釋其他基本粒子（諸如電子和夸克等）如何獲取其質量的關鍵。

介紹

希格斯玻色子

2012年7月4日，科學家宣布找到了希格斯玻色子存在的證據，從而完成了粒子物理標準模型。該模型解釋了粒子如何通過電磁力、弱核力和強核力相互作用以組成宇宙中的物質。然而，在2012年之前，科學家無法解釋這些基本粒子如何獲得它們的質量。

《科學》新聞記者艾德里安表示，物理學家假設空間由與電場類似的“希格斯場”所填充。粒子與“希格斯場”相互作用以獲取能量以及質量。“希格斯場”是由分布在真空中的希格斯玻色子組成，物理學家現在將它們從真空中轟出並進入短暫的存在狀態。

但是，觀察到希格斯玻色子可謂來之不易甚或代價不菲。在瑞士日內瓦附近的粒子物理實驗室中，與造價高達55億美元的原子加速器相伴的數千名研究人員藉助兩台巨型粒子探測器（ATLAS和CMS）發現了盼望已久的玻色子。

丹尼索瓦人基因組

一種將特定分子綁定在DNA（脫氧核糖核酸）單鏈上的新技術幫助研究人員僅用一塊遠古人的小指骨碎片，就完成丹尼索瓦人完整的基因組測序。該基因組序列讓研究人員能夠將丹尼索瓦人——這是與尼安德特人密切相關的古老人類——與現代人進行比較。研究顯示，該指骨屬於生活在7.4萬年至8.2萬年之間的一個眼睛、毛髮和皮膚均為棕色的女孩，她死於西伯利亞。

讓幹細胞形成卵子

日本研究人員證實，小鼠的胚胎幹細胞可被誘導成為具有生育能力的卵細胞。在研究中，他們讓實驗室中受精的細胞在代孕母體發育並產下小鼠幼仔。這種方法要求發育中的卵子在雌性小鼠體記憶體留一段時間。雖然這沒有達到科學家追求的完全在實驗室中得到卵細胞的終極目標，但是它為研究基因和其他影響生育力和卵細胞發育的因素提供了強有力的工具。

好奇號的著陸系統

儘管無法在火星條件下測試其探測器所有的著陸系統，但在加州帕薩迪納美國宇航局噴氣動力實驗室里承擔探索火星使命的工程師們仍安全並準確地將好奇號探測車抵達火星表面。這個3.3噸的飛行器因過重而無法以傳統的方式登入，為此該團隊從起重機和直升飛機那裡得到靈感，創建了“空中起重機”著陸系統，它將帶輪的好奇號吊掛在3根線纜的末端讓其著落。這一完美無暇的著陸讓設計人員再次獲得了信心，宇航局希望未來在已有的探測車附近讓第二輛探測車著陸，並將第一輛探測車取得的樣本收集起來送回地球。

X射線雷射解開蛋白質的結構

研究人員用一種比傳統的同步加速輻射源亮10億倍的X射線雷射確認了布氏錐蟲所需的一種酶的結鉤，這種寄生蟲是引起非洲昏睡病的原因。新的研究進展證明了X射線雷射解密蛋白質的潛力，而這是傳統的X射線源所無法做到的。

基因組的精密工程

通常，人們無法確定對高級生物的DNA進行修改和刪除的最終結果。然而，在2012年，名為“轉錄激活子樣效應因子核酸酶”（TALENs）的工具賦予研究人員改變或關閉斑馬魚、蟾蜍、牲畜及其他動物甚至病人的細胞中特定基因的能力。這種技術以及其他新興的技術與已有的基因靶向技術一樣廉價和有效，同時它能讓研究人員在健康人和病人中確認基因及變異的特定作用。

馬約拉納費米子

人們有關馬約拉納費米子是否存在的問題的爭論已有70多年，該粒子會作為它們自己的反物質並湮滅它們自己。今年，由荷蘭物理學家和化學家組成的研究小組首次提出了馬約拉納費米子以準粒子形式存在的可靠證據，它們是相互作為的電子群，其行為像單個粒子。該發現促使人們努力將馬約拉納費米子結合到量子計算中，因為科學家們認為由這些神秘粒子組成的“量子比特”與目前數字計算機中所擁有的比特相比，能夠更有效率地存儲和處理數據。

ENCODE項目

今年，超過30篇文章報導的一項長達10年的研究顯示，人類基因組比研究人員曾經認為的更具“功能”。儘管只有2%的基因組會為實際蛋白編碼，但“DNA元素百科全書”（ENCODE）研究項目表明，基因組的大約80%是有活性的，可幫助開啟或關閉基因。這些新的細節有望幫助研究人員理解基因受到控制的途徑，以及澄清某些疾病的遺傳學風險因子。

大腦/機器界面

曾經用大腦神經記錄移動電腦熒幕上游標的同一個研究團隊在2012年向人們展示，癱瘓的病人能夠用他們的思想來移動一個機械臂並從事複雜的三維運動。該技術雖然仍處於試驗階段且極端昂貴，但科學家希望更先進的計算程式可改善這種神經性假體以幫助因中風、脊髓損傷及其他疾病導致癱瘓的病人。

中微子混合角

數百名在中國大亞灣反應堆中微子實驗中工作的研究人員報告了一個模型的最後的未知參數，該模型描述了被稱作中微子的這種難以捉摸的粒子在以接近光速穿行時，如何從一種類型或“特色”變形為另一種類型。這些結果顯示，中微子和反中微子可能會以不同的方式改變其特色，並提示中微子物理可能有朝一日幫助研究人員解釋為什麼宇宙含有如此多的物質及如此少的反物質。如果物理學家無法發現超越希格斯玻色子的新粒子，那么中微子物理可能會代表粒子物理學的未來。