大亞灣實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中微子新的振蕩模式
中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的一類(lèi)基本粒子，它包括電子型中微子、μ子型中微子和τ子型中微子三種類(lèi)型。這三種中微子在飛行中可以從一種類(lèi)型轉(zhuǎn)變成另一種類(lèi)型，即中微子振蕩。其振蕩模式在理論上有3種，分別用θ23、θ12和θ13表示。前兩種振蕩已被多個(gè)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，第三種振蕩因測(cè)量難度更大，一直沒(méi)有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。θ13的大小關(guān)系到中微子物理研究未來(lái)的發(fā)展方向，并和宇宙起源中的反物質(zhì)消失之謎相關(guān)，是國(guó)際上中微子研究的熱點(diǎn)。
由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)，是利用大亞灣核電站反應(yīng)堆測(cè)量sin22θ13的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，其設(shè)計(jì)精度比過(guò)去國(guó)際最好水平提高近一個(gè)量級(jí)。該合作組利用55天獲取的中微子事例，測(cè)量得到sin22θ13的大小為0.092，誤差為1.7%。測(cè)量結(jié)果的顯著性為5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，也就是說(shuō)無(wú)振蕩的可能性只有千萬(wàn)分之一。
該結(jié)果加深了人類(lèi)對(duì)中微子基本特性的認(rèn)識(shí)，得到國(guó)際高能物理學(xué)界的高度評(píng)價(jià)，并被《科學(xué)》雜志評(píng)選為2012年度十大科學(xué)突破之一�！�
首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)
由中國(guó)科學(xué)院物理研究所和清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)科研人員組成的團(tuán)隊(duì)，在實(shí)驗(yàn)中首次觀測(cè)到量子反�；魻栃�(yīng)，這是我國(guó)科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)中獨(dú)立觀測(cè)到的一個(gè)重要物理現(xiàn)象，也是物理學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的一項(xiàng)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。該成果于北京時(shí)間2013年3月15日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
美國(guó)科學(xué)家霍爾分別于1879年和1880年發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)和反�；魻栃�(yīng)。量子霍爾效應(yīng)之所以如此重要，一方面是由于它們體現(xiàn)了二維電子系統(tǒng)在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)的極端條件下的奇妙量子行為；另一方面這些效應(yīng)可能在未來(lái)電子器件中發(fā)揮特殊的作用，可用于制備低能耗的高速電子器件。
例如，如果把量子霍爾效應(yīng)引入計(jì)算機(jī)芯片，將會(huì)克服電腦的發(fā)熱和能量耗散問(wèn)題。然而由于量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此至今為止它還沒(méi)有特別大的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)橐a(chǎn)生所需的磁場(chǎng)不但價(jià)格昂貴，而且其體積龐大，也不適合于個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。
但量子反�；魻栃�(yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng)。因此，這項(xiàng)研究將會(huì)推動(dòng)新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，可能加速推進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。■
世界唯一實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器研制成功
2013年9月6日，由中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項(xiàng)目”通過(guò)驗(yàn)收，使我國(guó)成為世界上唯一一個(gè)能夠制造實(shí)用化、精密化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家。
中科院科研人員在國(guó)際上首先生長(zhǎng)出大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體，并發(fā)現(xiàn)該晶體是第一種可用直接倍頻法產(chǎn)生深紫外波段激光的非線性光學(xué)晶體。科研人員在此基礎(chǔ)上發(fā)明了棱鏡耦合專(zhuān)利技術(shù)，率先發(fā)展出直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的先進(jìn)技術(shù)�？茖W(xué)家已應(yīng)用該系列裝備獲得了一系列重要成果，使我國(guó)深紫外領(lǐng)域的科研水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位。
項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)上，專(zhuān)家一致認(rèn)為該項(xiàng)目是我國(guó)自主研發(fā)高精尖儀器的成功范例，屬于源頭創(chuàng)新工作。該項(xiàng)目的實(shí)施打造了我國(guó)“晶體—光源—裝備—科研—產(chǎn)業(yè)化”的自主創(chuàng)新鏈，形成了創(chuàng)新的項(xiàng)目組織與管理模式，為學(xué)科交叉面廣、跨度大、探索性和工程性均很強(qiáng)的原創(chuàng)性重大科研裝備自主創(chuàng)新積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)�！�
首個(gè)自驅(qū)動(dòng)可變形液態(tài)金屬機(jī)器問(wèn)世
2015年，由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院組成的聯(lián)合研究小組，發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后，以可變形機(jī)器形態(tài)長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)需外部電力的自主運(yùn)動(dòng)。此發(fā)現(xiàn)在世界屬首次，相關(guān)論文發(fā)表于《先進(jìn)材料》雜志。同時(shí)，《自然》雜志在其“研究亮點(diǎn)”欄目以《液態(tài)金屬馬達(dá)靠自身運(yùn)動(dòng)》為題進(jìn)行了報(bào)道；《科學(xué)》雜志也在網(wǎng)站指出“可變形金屬馬達(dá)擁有一系列用途”。
該研究小組在實(shí)驗(yàn)室中制成了不同大小的液態(tài)金屬機(jī)器，尺寸從數(shù)十微米到數(shù)厘米不等，并在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中驗(yàn)證了其自主運(yùn)動(dòng)的性能。研究人員還揭示了這種自主型液態(tài)金屬機(jī)器動(dòng)力的主要來(lái)源：一是液態(tài)合金、金屬燃料等形成的內(nèi)生電場(chǎng)，誘發(fā)了液態(tài)金屬表面的高表面張力發(fā)生不對(duì)稱(chēng)響應(yīng)，從而給變形的液態(tài)金屬機(jī)器帶來(lái)了強(qiáng)大推力；二是上述電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣進(jìn)一步為液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)提供了推力。這種液態(tài)金屬機(jī)器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，向研制自主獨(dú)立的柔性機(jī)器邁出了關(guān)鍵的一步，標(biāo)志著中國(guó)在液態(tài)金屬領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。■
首次發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子
中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員方忠?guī)ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子。這是國(guó)際物理學(xué)研究的一項(xiàng)重要科學(xué)突破，對(duì)拓?fù)潆娮訉W(xué)和量子計(jì)算機(jī)等顛覆性技術(shù)的突破具有非常重要的意義。
科學(xué)家把基本粒子分為玻色子和費(fèi)米子兩大類(lèi)，費(fèi)米子是組成物質(zhì)的基本粒子。外爾費(fèi)米子是德國(guó)科學(xué)家威爾曼•外爾在1929年預(yù)言的。他提出，無(wú)“質(zhì)量”（即線性色散）電子可以分為左旋和右旋兩種不同“手性”，這種無(wú)“質(zhì)量”的電子被命名為“外爾費(fèi)米子”。不過(guò)，科學(xué)家們始終無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到這種粒子。
2012年和2013年，物理所的理論研究團(tuán)隊(duì)首次預(yù)言在狄拉克半金屬中或許可以發(fā)現(xiàn)無(wú)“質(zhì)量”的電子。2015年，物理所陳根富小組制備出具有原子級(jí)平整表面的大塊TaAs晶體，隨后該研究所的丁洪小組利用上海光源同步輻射光束照射TaAs晶體，使得外爾費(fèi)米子第一次展現(xiàn)在科學(xué)家面前。
科學(xué)家們認(rèn)為，外爾費(fèi)米子的半金屬能實(shí)現(xiàn)低能耗電子傳輸，有望解決當(dāng)前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問(wèn)題。同時(shí)，外爾費(fèi)米子也受到對(duì)稱(chēng)性的保護(hù)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)高容錯(cuò)的拓?fù)淞孔佑?jì)算�！�
首次發(fā)現(xiàn)相對(duì)論性高速噴流新模式
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員劉繼峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次從超軟X射線源發(fā)現(xiàn)相對(duì)論性高速噴流，打破了天文學(xué)界以往的認(rèn)知，揭示了黑洞吸積和噴流形成的新方式。該成果發(fā)表于《自然》雜志。審稿人認(rèn)為，此項(xiàng)工作是2015年度本領(lǐng)域內(nèi)最重要的五大發(fā)現(xiàn)之一。
劉繼峰團(tuán)隊(duì)利用世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——美國(guó)的Keck十米望遠(yuǎn)鏡和西班牙的GTC十米望遠(yuǎn)鏡，對(duì)處于千萬(wàn)光年之外的渦旋星系M81中的極亮超軟X射線源進(jìn)行了光譜監(jiān)測(cè)研究，首次發(fā)現(xiàn)其光譜中有隨時(shí)間變化的藍(lán)移的氫元素的放射線，揭示了該系統(tǒng)中存在速度達(dá)到20%光速的相對(duì)論性重子噴流。這種相對(duì)論性噴流，不可能由白矮星產(chǎn)生，也不可能由帶有超軟X射線輻射的中等質(zhì)量黑洞產(chǎn)生，因此確認(rèn)了此天體其實(shí)是處于超軟X射線譜態(tài)的恒星級(jí)黑洞。
這項(xiàng)研究為天文學(xué)家理解黑洞吸積與噴流形成打開(kāi)了一扇新的窗口。“在超軟X射線源中發(fā)現(xiàn)相對(duì)論性噴流出乎所有人的意料，這改寫(xiě)了我們對(duì)超軟X射線源的認(rèn)知和噴流形成的認(rèn)知。”美國(guó)科學(xué)院院士、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士、哈佛大學(xué)教授Remash Narayan評(píng)論說(shuō)。■
利用超強(qiáng)超短激光成功獲得反物質(zhì)
中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用超強(qiáng)超短激光，成功產(chǎn)生反物質(zhì)——超快正電子源，這一發(fā)現(xiàn)將在材料的無(wú)損探測(cè)、激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、癌癥診斷等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。相關(guān)研究成果2016年3月發(fā)表于《等離子體物理》雜志。
長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直在探索利用激光產(chǎn)生反物質(zhì)的有效方法。為了獲得反物質(zhì)，上海光機(jī)所經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)15年的持續(xù)研究。此次反物質(zhì)的獲得經(jīng)歷了一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程和優(yōu)化：首先將飛秒拍瓦激光裝置與高壓氣體靶進(jìn)行相互作用，產(chǎn)生大量高能電子；高能電子再和高原子序數(shù)材料靶（如銅、金）相互作用，產(chǎn)生高強(qiáng)度伽馬射線；伽馬射線再和高原子序數(shù)原子核作用產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)。正電子譜儀是獲得反物質(zhì)的“功臣”，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的正電子譜儀成功解決了伽馬射線帶來(lái)的噪聲問(wèn)題，利用正負(fù)電子在磁場(chǎng)中的不同偏轉(zhuǎn)特性，最終成功觀測(cè)到了正電子。
成功獲得反物質(zhì)對(duì)于激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等具有重要意義，由于其脈寬只有飛秒量級(jí)，可使探測(cè)的時(shí)間分辨大大提高，進(jìn)而研究物質(zhì)性質(zhì)的超快演化�！�
首次揭示水的核量子效應(yīng)
中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授王恩哥和北京大學(xué)教授江穎領(lǐng)導(dǎo)的課題組在國(guó)際上首次揭示了水的核量子效應(yīng)，從全新的角度詮釋了水的奧秘。相關(guān)研究成果于2016年4月15日刊發(fā)在《科學(xué)》雜志上。
水的結(jié)構(gòu)之所以如此復(fù)雜，一個(gè)重要原因是源于水分子之間的氫鍵相互作用。由于氫原子核質(zhì)量很小，其量子特性不可忽視，因此氫鍵同時(shí)也包含一定的量子成分。氫核的量子效應(yīng)對(duì)氫鍵相互作用有多大影響？或者說(shuō)氫鍵的量子成分究竟有多大？這個(gè)問(wèn)題對(duì)理解水/冰的微觀結(jié)構(gòu)和反常物性至關(guān)重要。
課題組基于掃描隧道顯微鏡研發(fā)了一套針尖增強(qiáng)的非彈性電子隧穿譜技術(shù)，在國(guó)際上首次獲得了單個(gè)水分子的高分辨振動(dòng)譜，并由此測(cè)得單個(gè)氫鍵的強(qiáng)度。通過(guò)可控的同位素替換實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合全量子化計(jì)算模擬，他們發(fā)現(xiàn)氫鍵的量子成分可遠(yuǎn)大于室溫下的熱能，表明氫核的量子效應(yīng)不只是對(duì)經(jīng)典相互作用的簡(jiǎn)單修正，其足以對(duì)水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響。進(jìn)一步分析表明，氫核的非簡(jiǎn)諧零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)弱化弱氫鍵，強(qiáng)化強(qiáng)氫鍵，這個(gè)物理現(xiàn)象對(duì)于各種氫鍵體系具有相當(dāng)?shù)钠者m性，澄清了學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論的氫鍵的量子本質(zhì)�！�
破解光合作用超分子結(jié)構(gòu)之謎
光合作用是地球上生命體賴以生存的基礎(chǔ)，對(duì)它的科學(xué)研究已持續(xù)了兩百多年，但仍有很多未解之謎。中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)在光合作用研究中獲得重要突破，在國(guó)際上率先解析了高等植物菠菜光合作用超級(jí)復(fù)合物的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)研究工作發(fā)表于2016年5月出版的《自然》雜志上。
近年來(lái)，國(guó)際上圍繞藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi)和高等植物光合作用的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究陸續(xù)獲得了一系列進(jìn)展，但關(guān)于植物光系統(tǒng)Ⅱ的結(jié)構(gòu)研究卻相對(duì)滯后，這被認(rèn)為是光合作用研究領(lǐng)域最后一個(gè)也是最受關(guān)注的超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
研究團(tuán)隊(duì)利用最新的單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，在3.2埃（1埃＝0.1納米）分辨率下解析了高等植物菠菜光系統(tǒng)Ⅱ—捕光復(fù)合物Ⅱ超級(jí)膜蛋白復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)，率先破解了光合作用超分子結(jié)構(gòu)之謎，獲得了其與外周捕光天線之間相互裝配原理和能量傳遞過(guò)程相關(guān)的重要結(jié)構(gòu)信息，為實(shí)現(xiàn)光能向清潔能源氫氣轉(zhuǎn)換提供了具有啟示性的方案�！�
我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜繪制全新人類(lèi)腦圖譜
中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心蔣田仔團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外其他團(tuán)隊(duì)成功繪制出全新的人類(lèi)腦圖譜，即腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜，成果在線發(fā)表于《大腦皮層》雜志。2016年6月，該圖譜正式上線，供國(guó)內(nèi)外科技人員和臨床醫(yī)生免費(fèi)使用。
研究團(tuán)隊(duì)突破了100多年來(lái)傳統(tǒng)腦圖譜繪制的瓶頸，提出利用腦結(jié)構(gòu)和功能連接信息繪制腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的全新思路和方法。通過(guò)6年的努力，團(tuán)隊(duì)利用活體磁共振成像，成功繪制出全新的腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。
該圖譜包括246個(gè)精細(xì)腦區(qū)亞區(qū)，比傳統(tǒng)的Brodmann圖譜精細(xì)4至5倍，具有客觀精準(zhǔn)的邊界定位，第一次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜。腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜為理解人腦結(jié)構(gòu)和功能開(kāi)辟了新途徑，并對(duì)未來(lái)類(lèi)腦智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要啟示，也將為神經(jīng)及精神疾病的新一代診斷、治療技術(shù)奠定基礎(chǔ)，并為腦中風(fēng)損傷區(qū)域及癲癇病灶的定位、神經(jīng)外科手術(shù)中的腦膠質(zhì)瘤精確切除等提供幫助，提高診斷質(zhì)量與治療效果�！�
世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生
多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國(guó)際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持國(guó)際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。
2017年5月3日，潘建偉科研團(tuán)隊(duì)宣布成功構(gòu)建光量子計(jì)算機(jī)。團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的綜合性能?chē)?guó)際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過(guò)電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的取樣速度比國(guó)際同行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍；通過(guò)和經(jīng)典算法比較，也比人類(lèi)歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。該研究成果以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》雜志。
這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算這一國(guó)際學(xué)術(shù)界稱(chēng)之為“量子稱(chēng)霸”的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)�！�
兩只克隆猴在我國(guó)誕生
非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物是與人類(lèi)親緣關(guān)系最近的動(dòng)物。因可短期內(nèi)批量生產(chǎn)遺傳背景一致且無(wú)嵌合現(xiàn)象的動(dòng)物模型，體細(xì)胞克隆技術(shù)被認(rèn)為是構(gòu)建非人靈長(zhǎng)類(lèi)基因修飾動(dòng)物模型的最佳方法。
2018年1月25日，克隆猴“中中”和“華華”登上《細(xì)胞》雜志封面，這意味著我國(guó)科學(xué)家成功突破了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法克隆靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的世界難題。中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所/腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫強(qiáng)和劉真研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)5年攻關(guān)，最終成功得到了兩只健康存活的體細(xì)胞克隆猴。
研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用組蛋白H3K9me3去甲基酶Kdm4d和TSA，可以顯著提升克隆胚胎的體外囊胚發(fā)育率及移植后受體的懷孕率。在此基礎(chǔ)上，研究人員用胎猴成纖維細(xì)胞作為供體細(xì)胞進(jìn)行核移植，并將克隆胚胎移植到代孕受體后，成功得到兩只健康存活克隆猴；而利用卵丘顆粒細(xì)胞為供體細(xì)胞核的核移植實(shí)驗(yàn)中，雖然也得到了兩只足月出生個(gè)體，但這兩只猴很快夭折。
遺傳分析證實(shí)，上述兩種情況產(chǎn)生的克隆猴的核DNA源自供體細(xì)胞，而線粒體DNA源自卵母細(xì)胞供體猴。體細(xì)胞克隆猴的成功是該領(lǐng)域從無(wú)到有的突破，該技術(shù)將為非人靈長(zhǎng)類(lèi)基因編輯操作提供更為便利和精準(zhǔn)的技術(shù)手段。■
創(chuàng)建首例人造單染色體真核細(xì)胞
真核生物細(xì)胞一般含有多條染色體，如人有46條、小鼠40條、果蠅8條、水稻24條等。這些天然進(jìn)化的真核生物染色體數(shù)目是否可人為改變、是否可以人造一個(gè)具有正常功能的單染色體真核生物，是生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題。
2018年，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所覃重軍和薛小莉研究組、趙國(guó)屏研究組、生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周金秋研究組、武漢菲沙基因信息有限公司等團(tuán)隊(duì)合作，以天然含有16條染色體的真核生物釀酒酵母為研究材料，采用合成生物學(xué)“工程化”方法和高效使能技術(shù)，在國(guó)際上首次人工創(chuàng)建了自然界不存在的簡(jiǎn)約化的生命——僅含單條染色體的真核細(xì)胞。該研究表明天然復(fù)雜生命體系可以通過(guò)人工干預(yù)變簡(jiǎn)約，甚至可以人工創(chuàng)造全新的自然界不存在的生命。
該研究成果不僅顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因時(shí)空表達(dá)的傳統(tǒng)觀念，還建立了原核生物與真核生物之間基因組進(jìn)化的橋梁，為人類(lèi)對(duì)生命本質(zhì)的研究開(kāi)辟了新方向�！�
首次在超導(dǎo)塊體中發(fā)現(xiàn)馬約拉納任意子
中國(guó)科學(xué)院物理研究所高鴻鈞院士與丁洪研究員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)首次在鐵基超導(dǎo)體中觀察到了馬約拉納零能模，即馬約拉納任意子。研究成果2018年8月16日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
中國(guó)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用高鴻鈞研究組自主設(shè)計(jì)、集成研制的超高真空—極低溫—強(qiáng)磁場(chǎng)—掃描隧道顯微鏡—分子束外延—低能電子衍射聯(lián)合系統(tǒng)，對(duì)美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室顧根大研究組提供的高質(zhì)量超導(dǎo)塊樣品展開(kāi)了系列探索，并與美國(guó)麻省理工學(xué)院的傅亮進(jìn)行了理論合作。研究發(fā)現(xiàn)，在該樣品的磁通渦旋中心“點(diǎn)”存在不隨空間位置劈裂的零能束縛態(tài)，變溫以及變磁場(chǎng)的數(shù)據(jù)最終確定位于磁通渦旋中心的束縛態(tài)即為馬約拉納任意子，并且不與其他的準(zhǔn)粒子態(tài)混合，馬約拉納成分純度很高。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該馬約拉納任意子在6T（特斯拉）以下磁場(chǎng)以及4K（零下269.15℃）以下溫度都能穩(wěn)定存在。
這是第一次在單一塊體超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)高純度的馬約拉納任意子，能在相對(duì)高的溫度下實(shí)現(xiàn)，不容易受到其他準(zhǔn)粒子的干擾。同時(shí)，這也預(yù)示著在其他的多能帶高溫超導(dǎo)體里也可能存在馬約拉納任意子，從而為馬約拉納物理研究開(kāi)辟了新的方向�！�
青藏高原發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人
丹尼索瓦人是一支已經(jīng)消失的神秘古人類(lèi)，過(guò)去對(duì)他們的了解主要基于僅出土于西伯利亞丹尼索瓦洞的少量化石碎片以及保存在其中的高質(zhì)量的古基因信息。遺傳學(xué)研究顯示，丹尼索瓦人對(duì)一些現(xiàn)代低海拔東亞人群和高海拔現(xiàn)代藏族人群有基因貢獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代藏族人群的高海拔環(huán)境適應(yīng)有重要意義。
2019年，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎研究組、蘭州大學(xué)張東菊研究組聯(lián)合德國(guó)馬普學(xué)會(huì)進(jìn)化人類(lèi)學(xué)研究所Jean-Jacques Hublin研究組等合作者，報(bào)道了一個(gè)利用古蛋白質(zhì)分析方法鑒定為丹尼索瓦人的下頜骨，該下頜骨來(lái)自于中國(guó)甘肅省夏河縣的白石崖溶洞。研究人員通過(guò)對(duì)化石上附著的碳酸鹽結(jié)核進(jìn)行鈾系法測(cè)年，確定下頜骨至少有16萬(wàn)年的歷史。該化石標(biāo)本是丹尼索瓦洞以外發(fā)現(xiàn)的首件丹尼索瓦人化石證據(jù)，對(duì)標(biāo)本的全面分析也為丹尼索瓦人研究提供了豐富的體質(zhì)形態(tài)學(xué)信息，包括下頜和牙齒形態(tài)等信息。
該項(xiàng)研究表明，早在現(xiàn)代智人到來(lái)之前，丹尼索瓦人在中更新世晚期就已經(jīng)生活在青藏高原高海拔地區(qū)，并成功地適應(yīng)了高寒缺氧環(huán)境�！�
發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級(jí)黑洞
2016年秋季開(kāi)始，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用我國(guó)自主研制的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）開(kāi)展雙星課題研究，歷時(shí)兩年監(jiān)測(cè)了一個(gè)小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)X射線輻射寧?kù)o的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆8倍太陽(yáng)質(zhì)量的藍(lán)色恒星圍繞一個(gè)“看不見(jiàn)的天體”做著周期性運(yùn)動(dòng)。不同尋常的光譜特征表明，這個(gè)“看不見(jiàn)的天體”極有可能是一個(gè)黑洞。
2019年11月28日，《自然》雜志發(fā)布了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。依托LAMOST，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)迄今為止質(zhì)量最大的恒星級(jí)黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢(shì)尋找黑洞的新方法。這個(gè)70倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對(duì)恒星級(jí)黑洞形成的認(rèn)知，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新。
在發(fā)現(xiàn)迄今質(zhì)量最大恒星級(jí)黑洞的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)的下一步工作是實(shí)施“黑洞獵手”計(jì)劃，未來(lái)預(yù)計(jì)發(fā)現(xiàn)并測(cè)量近百個(gè)黑洞�！�
稀土離子實(shí)現(xiàn)多模式量子中繼及1小時(shí)光存儲(chǔ)
2021年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了一種基于吸收型存儲(chǔ)器的多模式量子中繼，并成功將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)。
研究組基于參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)制備了兩套糾纏光源，并基于獨(dú)創(chuàng)的“三明治”結(jié)構(gòu)制備了兩套固態(tài)量子存儲(chǔ)器。每對(duì)糾纏光子中的一個(gè)光子被“三明治”型量子存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)，而每對(duì)糾纏光子中的另一個(gè)光子被同時(shí)傳輸至中間站點(diǎn)進(jìn)行貝爾態(tài)檢驗(yàn)。一次成功的貝爾態(tài)檢驗(yàn)會(huì)完成一次成功的糾纏交換操作，使得兩個(gè)空間分離3.5米的固態(tài)量子存儲(chǔ)器之間建立起量子糾纏，盡管這兩個(gè)存儲(chǔ)器沒(méi)有發(fā)生任何直接的相互作用。量子中繼基本鏈路的演示實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了4個(gè)時(shí)間模式的復(fù)用，使得糾纏分發(fā)的速率提升了4倍，實(shí)測(cè)的糾纏保真度達(dá)到了80.4%。該工作證實(shí)了基于吸收型量子存儲(chǔ)構(gòu)建量子中繼的可行性，并首次展現(xiàn)了多模式復(fù)用在量子中繼中的加速作用。
此外，研究組結(jié)合理論預(yù)言，首次實(shí)驗(yàn)測(cè)定摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場(chǎng)下的完整能級(jí)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，研究組結(jié)合原子頻率梳（AFC）量子存儲(chǔ)方案以及ZEFOZ技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中光信號(hào)首先被AFC吸收成為銪離子系統(tǒng)的光學(xué)激發(fā)，接著被轉(zhuǎn)移為自旋激發(fā)，經(jīng)歷一系列自旋保護(hù)脈沖操作后，最終被讀取為光信號(hào)，總存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)�！�
觀測(cè)到迄今最高能量光子
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的國(guó)際合作組依托國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO），在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個(gè)超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達(dá)1.4 PeV電子伏（PeV=千萬(wàn)億）的伽馬光子，這是人類(lèi)迄今觀測(cè)到的最高能量光子，突破了人類(lèi)對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠把粒子加速到超過(guò)1PeV的宇宙線加速器，開(kāi)啟了“超高能伽馬天文”觀測(cè)時(shí)代。相關(guān)研究成果2021年5月17日發(fā)表于《自然》雜志。
研究團(tuán)隊(duì)此次發(fā)現(xiàn)的能量超過(guò)1PeV的光子，來(lái)自天鵝座內(nèi)非�；钴S的恒星形成區(qū)，此外還發(fā)現(xiàn)12個(gè)穩(wěn)定伽馬射線源，輻射能量一直延伸到1PeV附近。此次發(fā)現(xiàn)表明，年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等，是銀河系超高能宇宙線起源的最佳候選天體。同時(shí)，此次發(fā)現(xiàn)也要求科學(xué)家重新認(rèn)識(shí)銀河系高能粒子的產(chǎn)生和傳播機(jī)制，探索極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過(guò)程，并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律�！�
實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成
中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。相關(guān)研究成果2021年9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
研究團(tuán)隊(duì)采用了一種類(lèi)似“搭積木”的方式，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然后通過(guò)設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過(guò)生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進(jìn)一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)自然、超越自然的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)。
如果未來(lái)該系統(tǒng)過(guò)程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟(jì)可行性，將會(huì)節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，提高人類(lèi)糧食安全水平，促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)形成可持續(xù)的生物基社會(huì)�！�
嫦娥五號(hào)樣品重要研究成果先后出爐
2021年10月19日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布嫦娥五號(hào)月球科研樣品最新研究成果。在最新的研究中，科研人員利用超高空間分辨率鈾—鉛（U-Pb）定年技術(shù)，對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物（斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石）進(jìn)行分析，確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球直到20億年前仍存在巖漿活動(dòng)，比以往月球樣品限定的巖漿活動(dòng)延長(zhǎng)了約8億年。嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖的精確年代學(xué)數(shù)據(jù)為撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年曲線提供了關(guān)鍵錨點(diǎn)，將大幅提高內(nèi)太陽(yáng)系星體表面的撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年精度。
研究顯示，嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖初始熔融時(shí)并沒(méi)有卷入富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”，嫦娥五號(hào)月球樣品富集“克里普物質(zhì)”的特征，是由于巖漿后期經(jīng)過(guò)大量礦物結(jié)晶固化后，殘余部分富集而來(lái)。這一結(jié)果排除了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)巖石的初始巖漿熔融熱源來(lái)自放射性生熱元素的主流假說(shuō)，揭示了月球晚期巖漿活動(dòng)過(guò)程。此次研究采用的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為珍貴地外樣品年代學(xué)等研究提供了新的技術(shù)方法�！�