首次測(cè)量到反物質(zhì)間 相互作用力

美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)的STAR實(shí)驗(yàn)將質(zhì)心能量為200GeV的金離子相互碰撞，產(chǎn)生出大量的反質(zhì)子，這為測(cè)量反質(zhì)子-反質(zhì)子間相互作用提供了機(jī)會(huì)。中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所馬余剛研究組與美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室唐愛洪研究組等合作，利用STAR實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過對(duì)反質(zhì)子-反質(zhì)子之間動(dòng)量關(guān)聯(lián)函數(shù)的測(cè)量，首次提取了反質(zhì)子-反質(zhì)子相互作用的有效力程和散射長(zhǎng)度。研究表明，反質(zhì)子-反質(zhì)子之間存在著強(qiáng)吸引力，可以克服反質(zhì)子-反質(zhì)子之間的由于同號(hào)(負(fù)電荷)所產(chǎn)生的庫(kù)倫排斥力，結(jié)合成反物質(zhì)原子核。而且他們測(cè)量得到的結(jié)果與質(zhì)子-質(zhì)子相互作用的對(duì)應(yīng)值在誤差范圍內(nèi)一致。他們的研究結(jié)果提供了兩個(gè)反質(zhì)子間相互作用的直接信息，給出了對(duì)量子場(chǎng)論和對(duì)稱原理的一個(gè)直接驗(yàn)證，為進(jìn)一步理解更復(fù)雜的反原子核及其屬性奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究論文發(fā)表在2015年11月19日《自然》上?！蹲匀弧穼徃迦藢?duì)該研究給予高度贊賞：“這是首例反質(zhì)子-反質(zhì)子作用的直接測(cè)量。

發(fā)現(xiàn)宇宙早期最亮、中心黑洞質(zhì)量最大天體

發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)宇宙中的明亮天體對(duì)了解早期宇宙的結(jié)構(gòu)極為重要，位于宇宙早期的高紅移類星體是研究早期宇宙的重要探針。迄今為止，天文學(xué)家通過大型巡天已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30多萬個(gè)類星體，其中大約有40個(gè)類星體紅移大于6(即距離超過127億光年)。每個(gè)類星體中心都包含一個(gè)質(zhì)量約為10億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，它們正在猛烈地吞噬其周圍的物質(zhì)，并在黑洞附近釋放出巨大的能量。

北京大學(xué)物理學(xué)院吳學(xué)兵研究組與合作者基于自主發(fā)展的選取高紅移類星體候選體的有效方法和判據(jù)，利用中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)的2.4米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡首先觀測(cè)和國(guó)外4臺(tái)大型光學(xué)和紅外地面望遠(yuǎn)鏡后續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)距離我們128億光年(紅移6.3)、發(fā)光強(qiáng)度是太陽(yáng)的430萬億倍、中心黑洞質(zhì)量約為120億太陽(yáng)質(zhì)量的超亮類星體。

這是目前發(fā)現(xiàn)的在宇宙早期最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的一個(gè)類星體，也是世界上第一個(gè)利用2米級(jí)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的紅移6以上的類星體。該發(fā)現(xiàn)證實(shí)在宇宙年齡只有9億年時(shí)，就已經(jīng)形成質(zhì)量為120億太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，這對(duì)目前的黑洞形成和增長(zhǎng)理論以及黑洞和星系共同演化理論都提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，并為未來研究早期宇宙中黑洞和星系的形成和演化提供了一個(gè)特別的實(shí)驗(yàn)室。相關(guān)研究論文作為封面推薦論文發(fā)表2015年2月26日《自然》上。

實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)蛋白質(zhì)分子的磁共振探測(cè)

在納米尺度上直接測(cè)量單個(gè)分子的組成、結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，是當(dāng)今物質(zhì)科學(xué)探索的發(fā)展趨勢(shì)。自旋磁共振是重要的物質(zhì)科學(xué)研究手段，在前沿科學(xué)和國(guó)民生產(chǎn)眾多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。然而基于磁電感應(yīng)探測(cè)原理的傳統(tǒng)磁共振技術(shù)，通常只能測(cè)量毫米尺度以上百億個(gè)分子系綜的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)分子的直接測(cè)量。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)杜江峰領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)使用最新的量子操控技術(shù)，基于鉆石量子探針和新穎的自旋量子干涉儀探測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)了單分子磁共振的突破。該團(tuán)隊(duì)于國(guó)際上首次獲取了單個(gè)蛋白質(zhì)分子(直徑約5納米)的順磁共振譜，并解析出其動(dòng)力學(xué)信息，成功將電子順磁共振技術(shù)分辨率從毫米推進(jìn)到納米，靈敏度從上百億個(gè)分子推進(jìn)到單個(gè)分子。該新技術(shù)可用來在單分子層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)科學(xué)和生命科學(xué)的機(jī)理，在物理、化學(xué)及生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，特別是其室溫大氣的寬松實(shí)驗(yàn)條件為生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了尤為適宜的條件。相關(guān)研究論文發(fā)表在2015年3月6日《科學(xué)》上。這一成果在國(guó)際同領(lǐng)域引起了很大反響，得到美國(guó)化學(xué)會(huì)、德國(guó)馬普所等廣泛的新聞報(bào)道。《科學(xué)》雜志將該成果選為研究亮點(diǎn)并配發(fā)專文報(bào)道，稱其“實(shí)現(xiàn)了一個(gè)崇高的目標(biāo)”，“是通往活體細(xì)胞中單蛋白分子實(shí)時(shí)成像的重要里程碑”。

據(jù)了解，256項(xiàng)推薦選項(xiàng)為2014年12月1日至2015年11月30日間正式發(fā)表的研究成果，終評(píng)專家組則包括兩院院士、973計(jì)劃顧問組和咨詢組專家、首席科學(xué)家，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任等專家學(xué)者。自2005年以來，該項(xiàng)活動(dòng)已成功舉辦11屆。

關(guān)于2015年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展名單

1.實(shí)現(xiàn)單光子多自由度量子隱形傳態(tài);

2.理論預(yù)言并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外爾半金屬的存在;

3.揭示埃博拉病毒演化及遺傳多樣性特征;

4.實(shí)現(xiàn)對(duì)反物質(zhì)間相互作用力的測(cè)量;

5.探測(cè)到宇宙早期最亮中心黑洞質(zhì)量最大的類星體;

6.發(fā)現(xiàn)東亞最早的現(xiàn)代人化石;

7.揭示人類原始生殖細(xì)胞基因表達(dá)與表觀遺傳調(diào)控特征;

8.解析細(xì)胞炎性壞死的關(guān)鍵分子機(jī)制;

9.研制出碳基高效光解水催化劑;

10.實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)蛋白質(zhì)分子的磁共振探測(cè)。