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科学大咖带你看懂2017年度中国科学十大进展

导读: 科技部基础研究管理中心主任刘敏表示,入选的十大进展项目完成时间为2016年12月1日至2017年11月30日,绝大多数入选项目相关研究成果在《自然》《科学》等国际顶尖刊物发表,得到国际学术界高度评价,被视为“重大突破”或“填补空白”。

科技部2月27日在北京公布了“2017年度中国科学十大进展”:实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态;将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物;首次探测到双粲重子;实验发现三重简并费米子;实现氢气的低温制备和存储;研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢;利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态;中国发现新型古人类化石;酵母长染色体的精准定制合成;研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统。

科技部基础研究管理中心主任刘敏表示,入选的十大进展项目完成时间为2016年12月1日至2017年11月30日,绝大多数入选项目相关研究成果在《自然》《科学》等国际顶尖刊物发表,得到国际学术界高度评价,被视为“重大突破”或“填补空白”。

据介绍,“中国科学十大进展”遴选活动由科技部基础研究管理中心牵头,联合《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》和《科学通报》5家刊物编辑部共同组织,邀请中国科学院院士、中国工程院院士、973计划项目首席科学家等专家进行评选,至今已经成功举办13届。遴选活动分推荐、初选和终选3个环节。其中,终选采取网上投票,邀请两院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等2200余名专家学者对30项候选科学进展进行投票,得票数排名前10位的科学进展最终入选“2017年度中国科学十大进展”。

为促进公众更好地理解和支持基础研究,科技部基础研究司、科技部基础研究管理中心当日在北京举办“2017年度中国科学十大进展专家解读会”,邀请清华大学薛其坤院士、中国科学院物理研究所向涛院士、中国科学院理论物理研究所张肇西院士等10位专家对十大进展进行了解读。

1.实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态

中国科学技术大学潘建伟和彭承志研究组联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组等,创新性地突破了包括天地双向高精度光跟瞄、空间高亮度量子纠缠源、抗强度涨落诱骗态量子光源以及空间长寿命低噪声单光子探测等多项关键技术,利用“墨子号”在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现空间尺度严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,实现了千公里级星地量子密钥分发和地星量子隐形传态,密钥分发速率比地面同距离光纤量子通信水平提高20个数量级。见图①

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图1:“墨子号”卫星实现千公里级量子纠缠分发。图片由科技部提供

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图2:由两个粲夸克和一个上夸克组成的双粲重子。图片由科技部提供

●清华大学王向斌教授:“墨子号”量子科学实验卫星是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星,于2016年8月16日发射升空,2017年1月18日完成在轨测试,正式交付开展科学实验。此项研究是让量子通信驰骋于天地之间,为我国构建覆盖全球的天地一体化量子保密通信网络提供了可靠的技术支撑,为中国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了科学与技术基础。

2.将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物

北京大学药学院周德敏、张礼和研究组以流感病毒为模型,在保留病毒完整结构和感染力的情况下,仅突变病毒基因的一个三联遗传密码为终止密码,流感病毒就由致病性传染源变为预防性疫苗,再突变多个三联码为终止密码,病毒就变为治疗性药物。这种复制缺陷的活病毒疫苗在老鼠、雪貂和天竺鼠模型中得到验证,达到广谱、持久和高效的效果。

●中国医学科学院药物研究所蒋建东研究员:流感、艾滋病和埃博拉出血热等烈性传染病时刻危害着人类的健康,其幕后“黑手”是结构和功能多样且快速变异的病毒,而疫苗是预防病毒感染的有效手段。该研究进展是病毒疫苗领域的革命性突破,是驯服病毒的新方法,也是我国长期支持基础研究、并鼓励基础研究进行临床转化的典型范例。

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图3:三重简并费米子(右)与四重简并狄拉克费米子(左)和两重简并外尔费米子(中)。图片由科技部提供

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图4:许昌人一号(右)和许昌人二号(左)头骨化石。图片由科技部提供

3.首次探测到双粲重子

欧洲核子研究中心于2017年7月6日宣布,来自大型强子对撞机上底夸克探测器国际合作组的科学家们发现了一种被称为双粲重子的新粒子。与质子和中子类似,新发现的双粲重子由三个夸克组成,但其夸克组分不同:质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由两个下夸克和一个上夸克组成,而双粲重子则由两个较重的粲夸克和一个上夸克组成。由清华大学高原宁领导的中国研究团队通过与国内理论家密切合作,主导了此次双粲重子发现的物理分析工作,对该粒子的发现作出了关键性贡献。见图②

●中国科学院理论物理研究所张肇西院士:人类首次观测到双粲重子,为科研人员提供了检验量子色动力学的独特体系。对双粲重子性质的研究将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用力的本质。

4.实验发现三重简并费米子

中国科学院物理研究所丁洪、钱天和石友国研究组与合作者在上海光源“梦之线”和瑞士光源上利用角分辨光电子能谱实验技术,在磷化钼晶体中观测到一类具有三重简并的费米子。见图③

●清华大学薛其坤院士:组成宇宙的基本粒子可分为玻色子和费米子。现有的理论认为宇宙中只可能存在三种类型的费米子,即狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子,其中狄拉克费米子具有四重简并,外尔费米子和马约拉纳费米子具有两重简并,而三重简并的费米子在宇宙中是不存在的。寻找新型费米子是近年来凝聚态物理领域一个挑战性的前沿科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。此研究进展开辟了探索凝聚态体系中非传统费米子的途径,对促进人们认识量子物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件具有重要的意义。

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