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专家带你读懂“2017年度中国科学十大进展”
送交者: 牛员外[♂★★★★慢慢行走★★★★♂] 于 2018-03-03 18:31 已读 3501 次 2 赞  
据新华社报道,2月27日,科技部公布“2017年度中国科学十大进展”。本次入选项目完成时间为2016年12月1日至2017年11月30日,且绝大多数项目成果在《自然》、《科学》等国际顶尖刊物发表,得到国际学术界高度评价。

“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》等5家刊物编辑部共同组织。经两院院士等2200余名专家学者投票,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”。

经专家层层遴选、投票上榜的这十大进展有何神奇之处?这些项目为何能赢得全球科技界点赞?“重大突破”“填补空白”等高度评价背后的科技创新点是什么?为帮助公众更好地理解和支持基础研究,10位专家分别对十大进展进行了解读。

NO.1:实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态

亮点解读:为构建量子保密通信网络打下基础

“墨子号”卫星实现千公里级量子纠缠分发

众所周知,“墨子号”量子科学实验卫星已正式交付开展科学实验,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,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,以及实现千公里级星地量子密钥分发和地星量子隐形传态。

“这是很聪明的一个办法。”清华大学王向斌教授评价说,这支研究团队打破传统传输距离的限制,实现关键技术瓶颈的创新性突破,为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,也让我国未来继续引领世界量子通信技术发展增添了保障。

研究成果一经发表,即得到国际学术界高度评价,入选了《自然》杂志点评的和美国著名科学媒体Science News评选的“2017年度重大科学事件”。

NO.2:将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物

亮点解读:我国找到“驯服病毒”的革命性手段

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自出生后,孩子就要开始接种疫苗,因为疫苗是预防病毒感染的最有效手段之一。北京大学药学院周德敏、张礼和研究组以流感病毒为模型,实现流感病毒由致病性传染源向预防性疫苗和治疗性药物的重大转变。

生物、化学理论过去一直由西方主导。中国医学科学院药物研究所蒋建东研究员说,这是我国在生物医药领域的首次重大突破,该方法将是研发活病毒疫苗的一种通用方法,并可针对几乎所有病毒。

《科学》杂志评述该进展为病毒疫苗领域的革命性突破。《自然》杂志称其为“驯服病毒的新方法”。

NO.3:首次探测到双粲重子

亮点解读:世界又“撞”出了新粒子

由两个粲夸克和一个上夸克组成的双粲重子

继2012年发现“上帝粒子”后,欧洲核子研究中心又撞出了新粒子——双粲重子。由清华大学高原宁领导的中国研究团队与国内理论家密切合作,主导了此次发现工作。

“这是长期不懈努力、坚持,并与理论相结合的重大成果。”中国科学院理论物理研究所张肇西院士认为,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,有助于我们理解构成这个世界的最基本的力。

《物理评论快报》审稿人评价:“该论文给出了期待已久的重要结果——首次观测到双粲重子。”美国《物理》杂志同时以“倍加迷人的粒子”为题进行了专论报道,认为该发现“为科研人员提供了检验量子色动力学的独特体系”。

NO.4:实验发现三重简并费米子

亮点解读:开发新型电子器件有了理论基础

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)

玻色子和费米子是组成宇宙的基本粒子,且现有理论认为宇宙中不存在三重简并的费米子。然而,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,却在磷化钼晶体中首次观测到一类具有三重简并的费米子。

近年来,寻找新型费米子是凝聚态物理领域一个挑战性的前沿科学问题。清华大学薛其坤院士认为,首次观测到三重简并费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新方向。

薛其坤说,三重简并费米子对外加磁场的反应非常敏感,未来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意义。

NO.5:实现氢气的低温制备和存储

亮点解读:推动氢燃料电池广泛应用

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基于Pt/α-MoC催化剂实现水和甲醇低温液相重整反应产氢

氢能被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的高效制备以及安全存储和运输一直困扰人类。北京大学化学与分子工程学院马丁研究组与中国科学院山西煤化研究所温晓东以及大连理工大学石川等合作,针对甲醇和水液相制氢反应的特点,开发出新型原子级分散的铂-碳化钼双功能催化剂,实现了在低温下高效产氢效率。

众所周知,氢气的储存是氢燃料电池走向应用的关键。中国科学院化学研究所宋卫国研究员认为,这种催化体系思路可以用于其他化学反应中,推动解决氢燃料电池技术难题。

美国化学会C&E News杂志和英国皇家化学会Chemistry World杂志分别以“氢能源:制备氢燃料新过程”和“新型催化剂点亮氢能汽车未来”为题进行了亮点报道,认为“这是氢能储存和运输体系的一个重大突破”。

NO.6:研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢

亮点解读:不寻常的超高强韧“中国钢”

析出相结构及其高共格特性

从航空母舰到大飞机,都离不开超高强钢。北京科技大学吕昭平研究组与合作者针对低成本高性能的目标,研发出共格纳米析出强化的新一代超高强钢。

中国钢研科技集团有限公司雍歧龙研究员表示,航空航天、交通运输、先进核能以及国防装备等重要领域对超高强钢都有紧迫需求。但相关技术一直被国外垄断,长久以来超高强钢大多依靠进口。新一代超高强钢大幅降低制备成本,具有高的有序抗力,极大增强了合金的强度但不牺牲其延展性能,未来前景广阔。

《自然·材料》发表专门评述文章指出,该研究“为研发具有优异的强度、塑性和成本相结合的结构材料提供了新的途径”。

NO.7:利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态

亮点解读:冷原子研究重大突破

基于量子相变驱动的纠缠态生成

量子纠缠既是实现量子计算和量子模拟的重要资源,也有助于实现超越经典干涉仪(如引力波探测的光学干涉仪LIGO)的测量精度极限。实现多粒子纠缠是量子物理实验研究的一大追求。

清华大学物理系尤力和郑盟锟研究组领导的冷原子研究团队,在国际上首次利用原子玻色-爱因斯坦凝聚体中的量子相变确定性地制备出对精密测量具有重要意义的量子纠缠态。创造了目前能确定性制备的量子纠缠粒子数目的世界纪录。

中国科学院物理研究所向涛院士说,利用量子相变确定性制备多体纠缠态是一种崭新的尝试。这一全新的理解和纠缠态制备方法为未来其它多粒子纠缠态的制备提供了一种思路。

NO.8:中国发现新型古人类化石

亮点解读:中国的古人类学研究不再边缘化

许昌人一号(右)和许昌人二号(左)头骨化石

长期以来,古人类学界对在中国境内发现的中更新世晚期至晚更新世早期过渡阶段古人类成员的演化地位一直存在争议。河南灵井遗址发现的两件古人类头骨化石——许昌人,为探讨这一阶段中国古人类的演化模式提供了重要信息。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰研究组与美国华盛顿大学Erik Trinkaus等合作的研究显示,晚更新世早期中国境内可能并存有多种古人类成员,不同群体之间有杂交或者基因交流。

北京大学考古文博学院吴小红教授表示,许昌人化石为中国古人类演化的地区连续性以及与欧洲古人类之间的交流提供了一定程度的支持。《科学》杂志认为这项研究“是中国学者在古人类研究领域取得的一项重大突破。”

NO.9:酵母长染色体的精准定制合成

亮点解读:染色体疾病有了研究模型

酿酒酵母长染色体的精准定制合成

基因组设计合成推动生命科学研究由理解生命向创造生命延伸。然而,基因组合成面临长染色体难以精准合成、合成染色体导致细胞失活等难题。

天津大学元英进、清华大学戴俊彪、深圳华大基因杨焕明等团队与合作者利用多级模块化和标准化人工基因组合成方法,成功设计构建了4条酿酒酵母长染色体。在此基础上,构建了人工环形染色体,为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型。

清华大学刘磊教授说,该研究为深化理解生命进化、基因组与功能关系等基础科学问题提供了新的思路。多家国际学术期刊高度评价本工作,认为这是第一个全合成真核生物基因组的重要里程碑。

NO.10:研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统

亮点解读:解码大脑有了“看得见”的利器

量仅为2.2克的可佩戴式双光子荧光显微镜

大脑学习、记忆、决策、思维的过程可以“看得见”?北京大学生物膜与膜生物工程国家重点实验室程和平及陈良怡研究组与电子工程与计算机科学学院张云峰和王爱民等合作,成功研制出2.2克微型化佩戴式双光子荧光显微镜,并佩戴在小白鼠头上,在国际上首次记录了小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。

清华大学祁海教授认为,它为脑科学的研究提供了重要的高端仪器。可在动物自然行为条件下,实现对神经突触、神经元、神经网络、多脑区等多尺度、多层次动态信息处理的长时程观察,这样不仅可以“看得见”大脑活动过程,还将为可视化研究自闭症、阿尔茨海默病、癫痫等脑疾病的神经机制发挥重要作用。

该成像系统被2014年诺贝尔生理学或医学奖得主Edvard I. Moser称之为研究大脑的空间定位神经系统的革命性新工具。





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