美國《科學》雜志于2012年12月20日公布了該年度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(fā)現(xiàn)。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。

除希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)外，《科學》雜志及其發(fā)行機構美國科促會還確認了本年度其他9項具有開創(chuàng)性的科學成就。

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來組成宇宙中的物質。此前，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量?！跋８袼箞觥庇煞植荚谡婵罩械南８袼共Ｉ咏M成，物理學家現(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(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，研究人員僅用一塊遠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將丹尼索瓦人(被認為是與尼安德特人密切相關的古老人類)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.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成為具有生育能力的卵細胞。在研究中，他們讓在實驗室中受精的細胞在代孕母體中發(fā)育并產下小鼠幼仔。這種方法要求發(fā)育中的卵子在雌性小鼠體內存留一段時間。雖然還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(fā)育的因素提供了強有力的工具。

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驗室里承擔著火星探索使命的工程師們仍安全、準確地將好奇號探測車送達火星表面。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根線纜的末端使其著陸。這一完美無暇的過程讓設計人員信心倍增，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.解開蛋白質結構的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射線激光確認了布氏錐蟲存活所需的一種酶的結構，這種寄生蟲是引起非洲昏睡病的原兇。新的研究進展證明了X射線激光解密蛋白質的潛力，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。該項技術及其新興技術與已有的基因靶向技術一樣廉價、有效，它的作用是能讓研究人員確認健康人和病人的基因及其變異。

7.馬約拉納費米子

對于馬約拉納費米子是否存在的問題，相關的爭論已持續(xù)70多年，換言之該“粒子”似乎會成為自身的反物質將自身湮滅。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(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米子結合到量子計算中，因為科學家們認為與目前數(shù)字計算機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，人類基因組要比研究人員曾經認為的更具“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)研究項目表明約80%的基因組是有活性的，可幫助開啟或關閉基因。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風險因子。

9.大腦/機器界面

曾經發(fā)現(xiàn)可以用大腦神經記錄、移動電腦熒幕上光標的研究團隊在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使其從事復雜的三維運動。該技術雖然仍處于試驗階段且造價極端昂貴，但科學家希望更先進的計算程序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。

10.中微子混合角

數(shù)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及如此少的反物質。如果物理學家無法發(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的未來。

中國大亞灣反應堆中微子實驗