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详解明星项目

来源:中国科技网-科技日报 作者: 2016年05月31日 03:21
[导读] 中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,在目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中,中微子占了四分之一。目前,已经证明确实存在3种中微子,这3种中微子之间相互振荡,应该有3种模式。
详解明星项目
    中微子: 终于捕捉到会变身的“你”
    中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,在目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中,中微子占了四分之一。它还有特殊的“变身技巧”:一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子。目前,已经证明确实存在3种中微子,这3种中微子之间相互振荡,应该有3种模式;但是,在已经发现两种模式之后,第三种振荡则一直未被发现,一度被怀疑“或许并不存在”。
    2012年3月,大亚湾实验装置发现了第三种中微子振荡,这是中国本土首次测得的粒子物理学基本参数。美国《科学》杂志将其评为2012年十大科学突破之一。王贻芳及大亚湾中微子实验团队获2016年“基础物理学突破奖”。大亚湾反应堆中微子实验为中微子物理、天体物理、宇宙学等前沿科学研究提供精确的初值输入,对基本粒子物理的大统一理论等具有重要意义。
    铁基高温超导:走在国际前沿
    “超导”是20世纪最伟大的科学发现之一,指的是某些材料在降到一定温度时,电阻消失为零的现象。超导体具有零电阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性,在科学研究、信息通讯、生物医学、航空航天等领域均有重大的应用前景,受到世界广泛关注。探索新的高临界温度超导体是各国科学家长期以来追求的目标。铁基高温超导体的发现是继铜氧化物高温超导体之后最重要的进展。以中科院物理所为代表的中国科学家基于长期积累做出了大量原创性的工作,取得了突破性进展——由赵忠贤、陈仙辉等人完成的“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”,荣获连续空缺3年的国家自然科学奖一等奖。
    CIPS细胞:将小鼠体细胞诱导成多潜能干细胞
    北京大学邓宏魁和赵扬研究小组利用7个小分子化合物的组合将小鼠体细胞重编程为多潜能干细胞。他们将利用该方法得到的多潜能干细胞称为“化学诱导的多潜能干细胞(CiPS细胞)”。这种干细胞具有与胚胎干细胞类似的基因表达谱、表观遗传状态以及分化发育和生殖传递潜能。他们利用这种干细胞还成功获得了成年嵌合体小鼠及种系传递小鼠。他们的研究表明,利用小分子化合物可激活细胞内源的转录调控网络,使得转入外源基因的方法不再是体细胞重编程所必需,为治疗疾病提供了新的可能。
    量子反常霍尔效应:微观世界里发现“反常”物理现象
    2013年,我国科学家在磁性掺杂的拓扑绝缘体中发现零磁场下的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值,首次从实验上发现量子反常霍尔效应,在美国物理学家霍尔于1880年发现反常霍尔效应133年后终于实现了反常霍尔效应的量子化。这些工作极大地推动了整个拓扑绝缘体领域的发展,使我国迅速成为目前世界上进行拓扑绝缘体研究最有影响力的中心之一。著名美籍华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁甚至激情澎湃地宣称:“此次成果是从中国的实验室里,第一次发表出了诺贝尔奖级的物理学论文,不仅是科学界的喜事,也是整个国家的喜事。”
    量子通信:世界纪录掌握在中国人手中
    中国科学技术大学潘建伟等长期开展量子力学基础问题实验检验,系统地发展了多光子操纵技术,创造性地应用于量子信息处理多个研究方向,开展了一系列原创性工作。发展高亮度高纯度纠缠光源、独立光子干涉和单光子滤波等方法,率先实现五、六、八光子纠缠,并一直保持世界记录。在原理上证明大尺度量子通信的可行性。率先实现百公里级的纠缠分发和量子隐形传态,为未来实现基于星地量子通信的全球化量子网络奠定科学和技术基础。
    今年7月,我国将发射世界首颗量子科学实验卫星,并在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。
    外尔费米子:找到隐身80多年的“幽灵粒子”
    科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。外尔费米子是德国科学家威尔曼·外尔在1929年预言的。他提出,无“质量”(即线性色散)电子可以分为左旋和右旋两种不同“手性”。这种无“质量”的电子被命名为“外尔费米子”。不过,科学家们始终无法在实验中观测到这种粒子。
    2015年,中国科学家的一系列工作终于“找到”了外尔费米子这样一个隐身80多年的“幽灵”粒子。这是国际上物理学研究的一项重要科学突破,对“拓扑电子学”和“量子计算机”等颠覆性技术的突破具有非常重要的意义,其发现入选英国物理学会发布的“2015年十大突破”和美国物理学会发布的2015年物理学“标志性进展”。
    GLUT1结构解析:
    看清葡萄糖进入细胞那扇“门”
    葡萄糖是人类最基本的能量来源,但是它不能直接进入人体细胞。必须通过葡萄糖转运蛋白才能被人体吸收。为了看清这扇“门”,全世界的结构生物学家进行了近半个世纪的努力。2014年6月,清华大学颜宁课题组在世界上率先解析出葡萄糖转运蛋白GLUT1三维晶体结构。2012年诺贝尔化学奖得主布莱恩·科比尔卡评价说:“要针对人类疾病开发药物,获得人源转运蛋白结构至关重要,对于GLUT1的结构解析是极富挑战和风险的工作,这是一项伟大的成就。”美国科学院院士、膜转运蛋白专家罗纳德·魁百克表示:“这是至今获得的第一个人源转运蛋白结构。该成果对于研究癌症和糖尿病的意义不言而喻。”
    FAST工程:国际上最大的单口径望远镜
    500米口径球面射电望远镜(FAST)利用地球上独一无二的贵州天然喀斯特巨型洼地作为台址;自主发明主动变形反射面,提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人,实现接收机高精度指向跟踪。拥有30个足球场大的接受面积,将是国际上最大的单口径望远镜。
    2013年12月31日,FAST主体圈梁合龙,预计今年9月全部竣工,正式开启探索宇宙奥秘旅程,目前已有多个国家的天文学家提交了研究观测计划。
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