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美國《科學(xué)》雜志12月20日公布了本年度10大科學(xué)突破，科學(xué)家在難以捉摸的希格斯玻色子亞原子粒子研究領(lǐng)域取得的成果被評為2012年最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。40多年前，科學(xué)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(zhì)量的關(guān)鍵。
1.希格斯玻色子
7月4日，科學(xué)家宣布找到了希格斯玻色子存在的證據(jù)，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(zhì)。然而，在今年之前，科學(xué)家無法解釋這些基本粒子如何獲得它們的質(zhì)量。
《科學(xué)》新聞記者艾德里安表示，物理學(xué)家假設(shè)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(zhì)量�！跋８袼箞觥笔怯煞植荚谡婵罩械南８袼共Ｉ咏M成，物理學(xué)家現(xiàn)在將它們從真空中轟出并進入短暫的存在狀態(tài)。
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(nèi)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(shù)千名研究人員借助兩臺巨型粒子探測器（ATLAS和CMS）發(fā)現(xiàn)了盼望已久的玻色子。
除希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)外，《科學(xué)》雜志及其發(fā)行機構(gòu)美國科促會確認的本年度其他9項具有開創(chuàng)性的科學(xué)成就如下：
2.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(shù)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?qū)⒌つ崴魍呷恕@是與尼安德特人密切相關(guān)的古老人類——與現(xiàn)代人進行比較。研究顯示，該指骨屬于生活在7.4萬年至8.2萬年之間的一個眼睛、毛發(fā)和皮膚均為棕色的女孩，她死于西伯利亞。
3.讓干細胞形成卵子
日本研究人員證實，小鼠的胚胎干細胞可被誘導(dǎo)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(fā)育并產(chǎn)下小鼠幼仔。這種方法要求發(fā)育中的卵子在雌性小鼠體內(nèi)存留一段時間。雖然這沒有達到科學(xué)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(fā)育的因素提供了強有力的工具。
4.好奇號的著陸系統(tǒng)
盡管無法在火星條件下測試其探測器所有的著陸系統(tǒng)，但在加州帕薩迪納美國宇航局噴氣動力實驗室里承擔(dān)探索火星使命的工程師們?nèi)园踩蚀_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(tǒng)的方式登陸，為此該團隊從起重機和直升飛機那里得到靈感，創(chuàng)建了“空中起重機”著陸系統(tǒng)，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(shè)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，并將第一輛探測車取得的樣本收集起來送回地球。
5.X射線激光解開蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)
研究人員用一種比傳統(tǒng)的同步加速輻射源亮10億倍的X射線激光確認了布氏錐蟲所需的一種酶的結(jié)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射線激光解密蛋白質(zhì)的潛力，而這是傳統(tǒng)的X射線源所無法做到的。
6.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(jié)果。然而，在2012年，名為“轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)因子核酸酶”（TALENs）的工具賦予研究人員改變或關(guān)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(shù)以及其他新興的技術(shù)與已有的基因靶向技術(shù)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。
7.馬約拉納費米子
人們有關(guān)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(zhì)并湮滅它們自己。今年，由荷蘭物理學(xué)家和化學(xué)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(jù)，它們是相互作為的電子群，其行為像單個粒子。該發(fā)現(xiàn)促使人們努力將馬約拉納費米子結(jié)合到量子計算中，因為科學(xué)家們認為由這些神秘粒子組成的“量子比特”與目前數(shù)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(shù)據(jù)。
8.ENCODE項目
今年，超過30篇文章報道的一項長達10年的研究顯示，人類基因組比研究人員曾經(jīng)認為的更具“功能”。盡管只有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(guān)閉基因。這些新的細節(jié)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(xué)風(fēng)險因子。
9.大腦/機器界面
曾經(jīng)用大腦神經(jīng)記錄移動電腦熒幕上光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并從事復(fù)雜的三維運動。該技術(shù)雖然仍處于試驗階段且極端昂貴，但科學(xué)家希望更先進的計算程序可改善這種神經(jīng)性假體以幫助因中風(fēng)、脊髓損傷及其他疾病導(dǎo)致癱瘓的病人。
10.中微子混合角
數(shù)百名在中國大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗中工作的研究人員報告了一個模型的最后的未知參數(shù)，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(jié)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，并提示中微子物理可能有朝一日幫助研究人員解釋為什么宇宙含有如此多的物質(zhì)及如此少的反物質(zhì)。如果物理學(xué)家無法發(fā)現(xiàn)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(xué)的未來。
來源： 摘自科技日報
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