首次測量到反物質(zhì)間 相互作用力

美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)的STAR實驗將質(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，這為測量反質(zhì)子-反質(zhì)子間相互作用提供了機會。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所馬余剛研究組與美國布魯克海文國家實驗室唐愛洪研究組等合作，利用STAR實驗結(jié)果，通過對反質(zhì)子-反質(zhì)子之間動量關(guān)聯(lián)函數(shù)的測量，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度。研究表明，反質(zhì)子-反質(zhì)子之間存在著強吸引力，可以克服反質(zhì)子-反質(zhì)子之間的由于同號(負電荷)所產(chǎn)生的庫倫排斥力，結(jié)合成反物質(zhì)原子核。而且他們測量得到的結(jié)果與質(zhì)子-質(zhì)子相互作用的對應(yīng)值在誤差范圍內(nèi)一致。他們的研究結(jié)果提供了兩個反質(zhì)子間相互作用的直接信息，給出了對量子場論和對稱原理的一個直接驗證，為進一步理解更復(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υ撗芯拷o予高度贊賞：“這是首例反質(zhì)子-反質(zhì)子作用的直接測量。

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)遙遠宇宙中的明亮天體對了解早期宇宙的結(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多萬個類星體，其中大約有40個類星體紅移大于6(即距離超過127億光年)。每個類星體中心都包含一個質(zhì)量約為10億個太陽質(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)，利用中國科學(xué)院云南天文臺的2.4米光學(xué)望遠鏡首先觀測和國外4臺大型光學(xué)和紅外地面望遠鏡后續(xù)觀測，發(fā)現(xiàn)一個距離我們128億光年(紅移6.3)、發(fā)光強度是太陽的430萬億倍、中心黑洞質(zhì)量約為120億太陽質(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)量最大的一個類星體，也是世界上第一個利用2米級光學(xué)望遠鏡發(fā)現(xiàn)的紅移6以上的類星體。該發(fā)現(xiàn)證實在宇宙年齡只有9億年時，就已經(jīng)形成質(zhì)量為120億太陽質(zhì)量的黑洞，這對目前的黑洞形成和增長理論以及黑洞和星系共同演化理論都提出了嚴重的挑戰(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特別的實驗室。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。

實現(xiàn)對單個蛋白質(zhì)分子的磁共振探測

在納米尺度上直接測量單個分子的組成、結(jié)構(gòu)及動力學(xué)性質(zhì)，是當(dāng)今物質(zhì)科學(xué)探索的發(fā)展趨勢。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)探測原理的傳統(tǒng)磁共振技術(shù)，通常只能測量毫米尺度以上百億個分子系綜的統(tǒng)計平均性質(zhì)，無法實現(xiàn)對單個分子的直接測量。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室(籌)杜江峰領(lǐng)銜的研究團隊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原理，實現(xiàn)了單分子磁共振的突破。該團隊于國際上首次獲取了單個蛋白質(zhì)分子(直徑約5納米)的順磁共振譜，并解析出其動力學(xué)信息，成功將電子順磁共振技術(shù)分辨率從毫米推進到納米，靈敏度從上百億個分子推進到單個分子。該新技術(shù)可用來在單分子層面認識物質(zhì)科學(xué)和生命科學(xué)的機理，在物理、化學(xué)及生命科學(xué)等多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，特別是其室溫大氣的寬松實驗條件為生命科學(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。這一成果在國際同領(lǐng)域引起了很大反響，得到美國化學(xué)會、德國馬普所等廣泛的新聞報道?！犊茖W(xué)》雜志將該成果選為研究亮點并配發(fā)專文報道，稱其“實現(xiàn)了一個崇高的目標(biāo)”，“是通往活體細胞中單蛋白分子實時成像的重要里程碑”。

據(jù)了解，256項推薦選項為2014年12月1日至2015年11月30日間正式發(fā)表的研究成果，終評專家組則包括兩院院士、973計劃顧問組和咨詢組專家、首席科學(xué)家，國家重點實驗室主任等專家學(xué)者。自2005年以來，該項活動已成功舉辦11屆。

關(guān)于2015年中國科學(xué)十大進展名單

1.實現(xiàn)單光子多自由度量子隱形傳態(tài);

2.理論預(yù)言并實驗驗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.實現(xiàn)對反物質(zhì)間相互作用力的測量;

5.探測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胞基因表達與表觀遺傳調(diào)控特征;

8.解析細胞炎性壞死的關(guān)鍵分子機制;

9.研制出碳基高效光解水催化劑;

10.實現(xiàn)對單個蛋白質(zhì)分子的磁共振探測。