年度中国科学十大进展公布 部分为"重大突破"

4.实验发现三重简并费米子

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在上海光源“梦之线”和瑞士光源上利用角分辨光电子能谱实验技术，在磷化钼晶体中观测到一类具有三重简并的费米子。见图③

●清华大学薛其坤院士：组成宇宙的基本粒子可分为玻色子和费米子。现有的理论认为宇宙中只可能存在三种类型的费米子，即狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子，其中狄拉克费米子具有四重简并，外尔费米子和马约拉纳费米子具有两重简并，而三重简并的费米子在宇宙中是不存在的。寻找新型费米子是近年来凝聚态物理领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。此研究进展开辟了探索凝聚态体系中非传统费米子的途径，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的意义。

5.实现氢气的低温制备和存储

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的研究表明，将铂单原子分散在面心立方结构的碳化钼上制备的催化剂可用于甲醇的液相重整，在较低温度下(150—190摄氏度)能够表现出很高的产氢活性，可达每摩尔铂每小时产氢18046摩尔。这种优越的制氢能力远大于以前报道的低温甲醇重整催化剂(高出近两个数量级)。同时，该研究团队在水煤气变换产氢过程中也突破了低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题。

●中国科学院化学研究所宋卫国研究员：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以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。此研究进展是氢能储存和输运体系的一个重大突破，点亮了氢能汽车的未来。

6.研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢

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，创新性提出利用高密度共格纳米析出相来强韧化超高强合金的设计思想，采用轻质且便宜的铝元素替代马氏体时效钢中昂贵的钴和钛等元素，大幅降低成本的同时通过简单的热处理促进极高密度、全共格纳米相析出，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：超高强钢在航空航天、交通运输、先进核能等国民经济重要领域发挥支撑作用，而且也是未来轻型化结构设计和安全防护的关键材料。然而几十年来高性能超高强钢的研究始终基于传统的半共格析出产生强共格畸变的学术思路，存在着析出相数量有限，析出尺寸不够合理且分布不均匀的固有缺陷，这既降低了材料的塑韧性又严重影响服役安全性。此外，昂贵的制备成本也限制了其实际应用，成为困扰高端钢铁工业发展的难题。此研究进展为研发具有优异强度、塑性和低成本的结构材料提供了新途径，相信在航母、大飞机等领域也会有应用。

7.利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态

清华大学物理系尤力和郑盟锟研究组，通过调控铷-87原子玻色-爱因斯坦凝聚体中的自旋混合过程，使其连续发生两次量子相变，实现了包含约11000个原子的双数态的确定性制备。通过直接观测该纠缠态，他们表征其不同内态间原子数的差值的涨落低于经典极限10.7±0.6分贝，其集体自旋的归一化长度为近似完美的0.99±0.01。这两个指标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：实现多粒子纠缠是量子物理实验研究的一大追求。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他多粒子纠缠态的制备提供了一种思路。另外，双数态的确定性制备为超越标准量子极限的测量科学与技术的实用化发展，比如实现海森堡极限精度的原子钟和原子干涉仪等提供了可能。

8.中国发现新型古人类化石

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，许昌人颅骨既具有东亚古人类低矮的脑穹隆、扁平的颅中矢状面、最大颅宽的位置靠下的古老特征，同时又兼具欧亚大陆西部尼安德特人一样的枕骨(枕圆枕上凹/项部形态)和内耳迷路(半规管)形态。此外，许昌人超大的脑量和纤细化的脑颅结构，又体现出中更新世人类生物学特征演化的一般趋势。因此，许昌人可能代表一种新型的古老型人类。见图④⑤

●北京大学考古文博学院吴小红教授：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。争论的焦点是：他们是由本地的古人类连续进化而来?还是外来人群的成功入侵者?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。这项研究填补了古老型人类向早期现代人过渡阶段东亚地区古人类演化上的空白。

9.酵母长染色体的精准定制合成

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，基于一步法大片段组装技术和并行式染色体合成策略，实现了由小分子核苷酸到活体真核长染色体的定制合成，建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复的修复技术，成功设计构建了4条酿酒酵母长染色体，实现了真核长染色体合成序列与设计序列的完全匹配;原创性地建立了基因组缺陷靶点快速定位方法，通过缺陷靶点的定位与排除，解决了合成基因组导致细胞失活的难题。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：基因组设计合成是对基因组进行全新设计和从头构建，能够按需塑造生命，开启从非生命物质向生命物质转化的大门，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。此研究进展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思路，是第一个全合成真核生物基因组的里程碑。

10.研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统

北京大学膜生物学国家重点实验室程和平及陈良怡研究组与信息科学技术学院张云峰和王爱民等合作，运用微集成、微光学、超快光纤激光和半导体光电子学等技术，在高时空分辨在体成像系统研制方面取得突破性技术革新，成功研制出2.2克微型化佩戴式双光子荧光显微镜，在国际上首次记录了悬尾、跳台、社交等自然行为条件下，小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。见图⑥⑦

●清华大学祁海教授：此项研究进展将开拓新研究范式，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”大脑学习、记忆、决策、思维的过程，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。(记者 袁于飞)