首次測量到反物質間 相互作用力

美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)的STAR實驗將質心能量為200GeV的金離子相互碰撞，產生出大量的反質子，這為測量反質子-反質子間相互作用提供了機會。中國科學院上海應用物理研究所馬余剛研究組與美國布魯克海文國家實驗室唐愛洪研究組等合作，利用STAR實驗結果，通過對反質子-反質子之間動量關聯函數的測量，首次提取了反質子-反質子相互作用的有效力程和散射長度。研究表明，反質子-反質子之間存在著強吸引力，可以克服反質子-反質子之間的由于同號(負電荷)所產生的庫倫排斥力，結合成反物質原子核。而且他們測量得到的結果與質子-質子相互作用的對應值在誤差范圍內一致。他們的研究結果提供了兩個反質子間相互作用的直接信息，給出了對量子場論和對稱原理的一個直接驗證，為進一步理解更復雜的反原子核及其屬性奠定了基礎。相關研究論文發表在2015年11月19日《自然》上。《自然》審稿人對該研究給予高度贊賞：“這是首例反質子-反質子作用的直接測量。

發現宇宙早期最亮、中心黑洞質量最大天體

發現遙遠宇宙中的明亮天體對了解早期宇宙的結構極為重要，位于宇宙早期的高紅移類星體是研究早期宇宙的重要探針。迄今為止，天文學家通過大型巡天已經發現了30多萬個類星體，其中大約有40個類星體紅移大于6(即距離超過127億光年)。每個類星體中心都包含一個質量約為10億個太陽質量的黑洞，它們正在猛烈地吞噬其周圍的物質，并在黑洞附近釋放出巨大的能量。

北京大學物理學院吳學兵研究組與合作者基于自主發展的選取高紅移類星體候選體的有效方法和判據，利用中國科學院云南天文臺的2.4米光學望遠鏡首先觀測和國外4臺大型光學和紅外地面望遠鏡后續觀測，發現一個距離我們128億光年(紅移6.3)、發光強度是太陽的430萬億倍、中心黑洞質量約為120億太陽質量的超亮類星體。

這是目前發現的在宇宙早期最亮、中心黑洞質量最大的一個類星體，也是世界上第一個利用2米級光學望遠鏡發現的紅移6以上的類星體。該發現證實在宇宙年齡只有9億年時，就已經形成質量為120億太陽質量的黑洞，這對目前的黑洞形成和增長理論以及黑洞和星系共同演化理論都提出了嚴重的挑戰，并為未來研究早期宇宙中黑洞和星系的形成和演化提供了一個特別的實驗室。相關研究論文作為封面推薦論文發表2015年2月26日《自然》上。

實現對單個蛋白質分子的磁共振探測

在納米尺度上直接測量單個分子的組成、結構及動力學性質，是當今物質科學探索的發展趨勢。自旋磁共振是重要的物質科學研究手段，在前沿科學和國民生產眾多領域均有廣泛的應用。然而基于磁電感應探測原理的傳統磁共振技術，通常只能測量毫米尺度以上百億個分子系綜的統計平均性質，無法實現對單個分子的直接測量。

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室(籌)杜江峰領銜的研究團隊使用最新的量子操控技術，基于鉆石量子探針和新穎的自旋量子干涉儀探測原理，實現了單分子磁共振的突破。該團隊于國際上首次獲取了單個蛋白質分子(直徑約5納米)的順磁共振譜，并解析出其動力學信息，成功將電子順磁共振技術分辨率從毫米推進到納米，靈敏度從上百億個分子推進到單個分子。該新技術可用來在單分子層面認識物質科學和生命科學的機理，在物理、化學及生命科學等多個領域有廣泛應用前景，特別是其室溫大氣的寬松實驗條件為生命科學等領域的研究提供了尤為適宜的條件。相關研究論文發表在2015年3月6日《科學》上。這一成果在國際同領域引起了很大反響，得到美國化學會、德國馬普所等廣泛的新聞報道。《科學》雜志將該成果選為研究亮點并配發專文報道，稱其“實現了一個崇高的目標”，“是通往活體細胞中單蛋白分子實時成像的重要里程碑”。

據了解，256項推薦選項為2014年12月1日至2015年11月30日間正式發表的研究成果，終評專家組則包括兩院院士、973計劃顧問組和咨詢組專家、首席科學家，國家重點實驗室主任等專家學者。自2005年以來，該項活動已成功舉辦11屆。

關于2015年中國科學十大進展名單

1.實現單光子多自由度量子隱形傳態;

2.理論預言并實驗驗證外爾半金屬的存在;

3.揭示埃博拉病毒演化及遺傳多樣性特征;

4.實現對反物質間相互作用力的測量;

5.探測到宇宙早期最亮中心黑洞質量最大的類星體;

6.發現東亞最早的現代人化石;

7.揭示人類原始生殖細胞基因表達與表觀遺傳調控特征;

8.解析細胞炎性壞死的關鍵分子機制;

9.研制出碳基高效光解水催化劑;

10.實現對單個蛋白質分子的磁共振探測。