年度中國科學十大進展公布 部分為"重大突破"

4.實驗發現三重簡并費米子

中國科學院物理研究所丁洪、錢天和石友國研究組與合作者在上海光源“夢之線”和瑞士光源上利用角分辨光電子能譜實驗技術，在磷化鉬晶體中觀測到一類具有三重簡并的費米子。見圖③

●清華大學薛其坤院士：組成宇宙的基本粒子可分為玻色子和費米子。現有的理論認為宇宙中只可能存在三種類型的費米子，即狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子，其中狄拉克費米子具有四重簡并，外爾費米子和馬約拉納費米子具有兩重簡并，而三重簡并的費米子在宇宙中是不存在的。尋找新型費米子是近年來凝聚態物理領域一個挑戰性的前沿科學問題，也是該領域國際競爭的焦點之一。此研究進展開辟了探索凝聚態體系中非傳統費米子的途徑，對促進人們認識量子物態、發現新奇物理現象、開發新型電子器件具有重要的意義。

5.實現氫氣的低溫制備和存儲

北京大學化學與分子工程學院馬丁研究組與中國科學院山西煤化研究所溫曉東以及大連理工大學石川等合作的研究表明，將鉑單原子分散在面心立方結構的碳化鉬上制備的催化劑可用于甲醇的液相重整，在較低溫度下(150—190攝氏度)能夠表現出很高的產氫活性，可達每摩爾鉑每小時產氫18046摩爾。這種優越的制氫能力遠大于以前報道的低溫甲醇重整催化劑(高出近兩個數量級)。同時，該研究團隊在水煤氣變換產氫過程中也突破了低溫條件下高反應轉化率與高反應速率不能兼得的難題。

●中國科學院化學研究所宋衛國研究員：氫能被譽為下一代二次清潔能源，但氫氣的高效制備以及安全存儲和運輸一直以來是阻礙氫能源大規模應用的瓶頸。此研究進展是氫能儲存和輸運體系的一個重大突破，點亮了氫能汽車的未來。

6.研發出基于共格納米析出強化的新一代超高強鋼

北京科技大學呂昭平研究組與合作者針對低成本高性能的目標，創新性提出利用高密度共格納米析出相來強韌化超高強合金的設計思想，采用輕質且便宜的鋁元素替代馬氏體時效鋼中昂貴的鈷和鈦等元素，大幅降低成本的同時通過簡單的熱處理促進極高密度、全共格納米相析出，研發出共格納米析出強化的新一代超高強鋼。

●中國鋼研科技集團有限公司雍歧龍研究員：超高強鋼在航空航天、交通運輸、先進核能等國民經濟重要領域發揮支撐作用，而且也是未來輕型化結構設計和安全防護的關鍵材料。然而幾十年來高性能超高強鋼的研究始終基于傳統的半共格析出產生強共格畸變的學術思路，存在著析出相數量有限，析出尺寸不夠合理且分布不均勻的固有缺陷，這既降低了材料的塑韌性又嚴重影響服役安全性。此外，昂貴的制備成本也限制了其實際應用，成為困擾高端鋼鐵工業發展的難題。此研究進展為研發具有優異強度、塑性和低成本的結構材料提供了新途徑，相信在航母、大飛機等領域也會有應用。

7.利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態

清華大學物理系尤力和鄭盟錕研究組，通過調控銣-87原子玻色-愛因斯坦凝聚體中的自旋混合過程，使其連續發生兩次量子相變，實現了包含約11000個原子的雙數態的確定性制備。通過直接觀測該糾纏態，他們表征其不同內態間原子數的差值的漲落低于經典極限10.7±0.6分貝，其集體自旋的歸一化長度為近似完美的0.99±0.01。這兩個指標創造了目前能確定性制備的量子糾纏粒子數目的世界紀錄。

●中國科學院物理研究所向濤院士：實現多粒子糾纏是量子物理實驗研究的一大追求。利用量子相變確定性制備多體糾纏態是一種嶄新的嘗試。這一全新的理解和糾纏態制備方法為未來其他多粒子糾纏態的制備提供了一種思路。另外，雙數態的確定性制備為超越標準量子極限的測量科學與技術的實用化發展，比如實現海森堡極限精度的原子鐘和原子干涉儀等提供了可能。

8.中國發現新型古人類化石

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所吳秀杰研究組與美國華盛頓大學Erik Trinkaus等合作的研究顯示，許昌人顱骨既具有東亞古人類低矮的腦穹隆、扁平的顱中矢狀面、最大顱寬的位置靠下的古老特征，同時又兼具歐亞大陸西部尼安德特人一樣的枕骨(枕圓枕上凹/項部形態)和內耳迷路(半規管)形態。此外，許昌人超大的腦量和纖細化的腦顱結構，又體現出中更新世人類生物學特征演化的一般趨勢。因此，許昌人可能代表一種新型的古老型人類。見圖④⑤

●北京大學考古文博學院吳小紅教授：長期以來，古人類學界對在中國境內發現的中更新世晚期至晚更新世早期過渡階段古人類成員的演化地位一直存在爭議。爭論的焦點是：他們是由本地的古人類連續進化而來?還是外來人群的成功入侵者?許昌人化石為中國古人類演化的地區連續性以及與歐洲古人類之間的交流提供了一定程度的支持。這項研究填補了古老型人類向早期現代人過渡階段東亞地區古人類演化上的空白。

9.酵母長染色體的精準定制合成

天津大學元英進、清華大學戴俊彪、深圳華大基因楊煥明等團隊與合作者利用多級模塊化和標準化人工基因組合成方法，基于一步法大片段組裝技術和并行式染色體合成策略，實現了由小分子核苷酸到活體真核長染色體的定制合成，建立了基于多靶點片段共轉化的基因組精確修復技術和DNA大片段重復的修復技術，成功設計構建了4條釀酒酵母長染色體，實現了真核長染色體合成序列與設計序列的完全匹配;原創性地建立了基因組缺陷靶點快速定位方法，通過缺陷靶點的定位與排除，解決了合成基因組導致細胞失活的難題。在此基礎上，構建了人工環形染色體，為當前無法治療的染色體成環疾病發生機理和潛在治療手段建立了研究模型。

●清華大學劉磊教授：基因組設計合成是對基因組進行全新設計和從頭構建，能夠按需塑造生命，開啟從非生命物質向生命物質轉化的大門，推動生命科學研究由理解生命向創造生命延伸。然而，基因組合成面臨長染色體難以精準合成、合成染色體導致細胞失活等難題。此研究進展為深化理解生命進化、基因組與功能關系等基礎科學問題提供了新思路，是第一個全合成真核生物基因組的里程碑。

10.研制出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統

北京大學膜生物學國家重點實驗室程和平及陳良怡研究組與信息科學技術學院張云峰和王愛民等合作，運用微集成、微光學、超快光纖激光和半導體光電子學等技術，在高時空分辨在體成像系統研制方面取得突破性技術革新，成功研制出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國際上首次記錄了懸尾、跳臺、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。見圖⑥⑦

●清華大學祁海教授：此項研究進展將開拓新研究范式，在動物自然行為條件下，實現對神經突觸、神經元、神經網絡、多腦區等多尺度、多層次動態信息處理的長時程觀察，這樣不僅可以“看得見”大腦學習、記憶、決策、思維的過程，還將為可視化研究自閉癥、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經機制發揮重要作用。(記者 袁于飛)