美國《科學(xué)》雜志于2012年12月20日公布了該年度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。

除希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)外，《科學(xué)》雜志及其發(fā)行機(jī)構(gòu)美國科促會還確認(rèn)了本年度其他9項(xiàng)具有開創(chuàng)性的科學(xué)成就。

1.希格斯玻色子

2012年7月4 日，歐洲核子研究中心的科學(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(biāo)準(zhǔn)模型。該模型解釋了粒子如何通過電磁力、弱核力和強(qiáng)核力相互作用來組成宇宙中的物質(zhì)。此前，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)空間是由與電場類似的“希格斯場”所填充，粒子與“希格斯場”相互作用以獲取能量及質(zhì)量。“希格斯場”由分布在真空中的希格斯玻色子組成，物理學(xué)家現(xiàn)在將它們從真空中轟出并進(jìn)入短暫的存在狀態(tài)。但是，觀察到希格斯玻色子代價(jià)不菲。在瑞士日內(nèi)瓦附近的粒子物理實(shí)驗(yàn)室中，與造價(jià)高達(dá)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。觀察結(jié)果可謂來之不易。

2.丹尼索瓦人基因組

利用將特定分子置于DNA(脫氧核糖核酸)單鏈上的新技術(shù)，研究人員僅用一塊遠(yuǎn)古人的小指骨碎片就完成了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?被認(rèn)為是與尼安德特人密切相關(guān)的古老人類)與現(xiàn)代人進(jìn)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.干細(xì)胞形成卵子

日本研究人員證實(shí)，小鼠的胚胎干細(xì)胞可被誘導(dǎo)成為具有生育能力的卵細(xì)胞。在研究中，他們讓在實(shí)驗(yàn)室中受精的細(xì)胞在代孕母體中發(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。雖然還沒有達(dá)到科學(xué)家追求的完全在實(shí)驗(yàn)室中得到卵細(xì)胞的終極目標(biāo)，但是它為研究基因和其他影響生育力和卵細(xì)胞發(fā)育的因素提供了強(qiáng)有力的工具。

4.好奇號著陸系統(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(shí)驗(yàn)室里承擔(dān)著火星探索使命的工程師們?nèi)园踩?、?zhǔn)確地將好奇號探測車送達(dá)火星表面。這個3.3 t的飛行器因過重而無法以傳統(tǒng)的方式登陸，為此該團(tuán)隊(duì)從起重機(jī)和直升飛機(jī)那里得到靈感，創(chuàng)建了“空中起重機(jī)”著陸系統(tǒng)，它將帶輪的好奇號吊掛在3根線纜的末端使其著陸。這一完美無暇的過程讓設(shè)計(jì)人員信心倍增，宇航局希望未來讓第二輛探測車在第一輛探測車附近著陸，并將第一輛探測車取得的樣本收集起來送回地球。

5.解開蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的X射線激光

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(rèn)了布氏錐蟲存活所需的一種酶的結(jié)構(gòu)，這種寄生蟲是引起非洲昏睡病的原兇。新的研究進(jìn)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(jìn)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(xì)胞中特定基因的能力。該項(xiàng)技術(shù)及其新興技術(shù)與已有的基因靶向技術(shù)一樣廉價(jià)、有效，它的作用是能讓研究人員確認(rèn)健康人和病人的基因及其變異。

7.馬約拉納費(fèi)米子

對于馬約拉納費(fèi)米子是否存在的問題，相關(guān)的爭論已持續(xù)70多年，換言之該“粒子”似乎會成為自身的反物質(zhì)將自身湮滅。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(fèi)米子以準(zhǔn)粒子形式存在的可靠證據(jù)，它們是相互作用的電子群，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(fèi)米子結(jié)合到量子計(jì)算中，因?yàn)榭茖W(xué)家們認(rèn)為與目前數(shù)字計(jì)算機(jī)中所擁有的比特相比，由這些神秘粒子組成的“量子比特”能夠更有效率地存儲和處理數(shù)據(jù)。

8.ENCODE 項(xiàng)目

今年，超過30篇文章報(bào)道的一項(xiàng)長達(dá)10年的研究顯示，人類基因組要比研究人員曾經(jīng)認(rèn)為的更具“功能”。盡管只有2%的基因組會為實(shí)際蛋白編碼，但“DNA元素百科全書”(ENCODE)研究項(xiàng)目表明約80%的基因組是有活性的，可幫助開啟或關(guān)閉基因。這些新的細(xì)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(xiǎn)因子。

9.大腦/機(jī)器界面

曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以用大腦神經(jīng)記錄、移動電腦熒幕上光標(biāo)的研究團(tuán)隊(duì)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(jī)械臂并使其從事復(fù)雜的三維運(yùn)動。該技術(shù)雖然仍處于試驗(yàn)階段且造價(jià)極端昂貴，但科學(xué)家希望更先進(jìn)的計(jì)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(shí)驗(yàn)中工作的研究人員報(bào)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。

中國大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)