美《科学新闻》盘点2012年25大科学故事

(1)希格斯粒子的发现有助于理解物质

2012年已经过去了，但是美国杂志《科学新闻》的编辑们没有忘记那些曾经让他们夜不能寐的科学故事。

在这份年度最佳科学新闻的名单中，前两个故事让编辑们彻夜工作:2012年7月4日清晨，他们在互联网上观看了现场视频，而在日内瓦的另一边，物理学家们正在举行新闻发布会，宣布希格斯玻色子的发现，这是科学家们梦寐以求的。接下来的一个月，编辑们彻夜未眠，这一次美国宇航局的“好奇号”探测器于8月6日(东部时间)早些时候降落在火星上。

当然，也有一些故事带走了边肖的梦想，因为它们的可怕影响。2012年6月，研究人员在两篇有争议的论文中描述说，禽流感病毒非常容易变异，因此可以通过空气传播。如果全球流感大流行不足以让编辑们睁大眼睛直到黎明，那么唯一剩下的就是气候变暖，它已经从遥远的未来的理论问题变成了一个明确而现实的危险。最近的一些研究将今年创纪录的热浪和干旱与人类活动引起的气候变暖联系在一起。2012年9月，北冰洋的海冰覆盖是历史上最小的，比之前的记录下降了近20%。

让编辑们辗转反侧的不仅仅是焦虑和恐惧。其他的故事也榜上有名，因为它们让编辑们昏昏欲睡的头脑中充满了迷人的问题:我们很快就能参观在几光年之外的半人马座阿尔法星发现的恒星吗？是什么导致人类与尼安德特人相遇并交配？这个奇怪的亲戚的脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸)在现代人类基因中终止了吗？

这里只有一个故事似乎不值得让他们失眠。尽管有相反的考古证据，一些现代神秘主义者仍然声称古代玛雅人的预言将在2012年12月21日准时到达。然而，现在可以肯定的是，我们已经安全度过了这个“世界末日”。

1.希格斯粒子的发现有助于理解物质

梦玻色子完成了物理标准模型的优点。

打电话给一屋子人听物理讲座已经够难的了，更别说整晚排队了。但是在2012年7月3日的晚上，在日内瓦附近的欧洲核研究中心(CERN)的主礼堂外，科学家们牺牲了宝贵的睡眠，排成了一长串。他们唯一的目标是找个座位，准备好听加州大学粒子物理学家乔·印加迪拉宣布的近年来最重要的物理新闻。

第二天早上9点，当坎地拉用成堆的图表开始他的演讲时，主礼堂被水淹没了。他解释说，数据中的光点代表了当质子束在欧洲粒子物理研究所的大规模粒子对撞机中与另一束碰撞时发生的情况。隐藏在这些数据中的一个光点代表了科学家们多年来一直在寻找的亚原子希格斯玻色子。

坎德拉没有失望，他告诉焦虑的观众:“我们已经看到了，这是显而易见的。”他点击下一张幻灯片，光点变大了。这是希格斯粒子。房间里爆发出热烈的掌声。

在许多方面，欧洲核子研究中心的时刻达到了几十年科学探索的顶峰。希格斯粒子的发现意味着物理学家终于可以成功地解释为什么宇宙是这样的。他们基于亚原子尺度的宇宙框架终于完成了。

现在，大多数科学家相信，随着希格斯粒子的存在，他们可以开始描述未知的领域，从额外的空间和时间维度到伴随已知粒子的大量神秘粒子。

希格斯粒子很重要，因为它有助于解释质量。它和它密切相关的希格斯场是宇宙在大爆炸后没有保留大量无质量粒子的原因。

宇宙诞生后仅几纳秒，一个渗透所有空间的场就打开了，这就是希格斯场。突然，一些呼啸而过的粒子撞上了希格斯场，速度变慢了，就像大理石在蜂蜜上滚动一样。这种减速给了它质量。一旦它们有了质量并能适当地结合，这些粒子就能凝聚成原子和分子，从而形成从恒星到人类的一切。

但是只有一些粒子可以减速，而像光子这样的其他粒子可以顺利通过希格斯场，所以仍然没有质量。

因此，难怪物理学家花了这么长时间寻找希格斯粒子。然而，科学家不能直接识别希格斯场。他们只能通过探测希格斯玻色子来推断它的存在。玻色子是一种与力密切相关的粒子类型，希格斯玻色子也与希格斯场有关。

今天，在大爆炸140亿年后，观察希格斯玻色子的唯一方法是通过粒子加速器的高能撞击产生这样一个粒子。几十年来，没有人有足够强大的机器来产生所需的能量。

美国费米实验室的粒子加速器Tevatron已经尝试过。根据爱因斯坦的方程“E=MC2”，能量和质量是可以互换的。用足够高的能量或接近光速轰击两个粒子，可能会导致更大的粒子出现。

特瓦龙的实验帮助科学家缩小了希格斯粒子的可能质量范围，但它仍然没有给欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机带来任何缓解。对于每一万亿次质子碰撞，也许只有一次能产生一个稀有且不稳定的希格斯粒子，因为它能迅速衰变为其他类型的粒子。

从500万亿质子碰撞的碎片烟雾中，两个探测器都独立地发现了希格斯粒子衰变的迹象。通过对粒子碎片进行逆向研究，科学家计算出希格斯粒子的质量约为133个质子。

为了证明他们看到了真实的希格斯粒子衰变，欧洲核子研究中心的物理学家们制定了严格的统计标准。他们使用了5西格玛标准差，这是每350万个机会中仅有一个统计误差。在欧洲粒子物理研究所公布其结果的那一刻，两个希格斯粒子探测器都独立地达到了5西格玛的水平。此后，统计强度有所增加。现在两个探测器都在6到7西格玛之间。

目前的理论可以预测希格斯粒子的一个非常具体的行为，但尚不清楚欧洲粒子物理研究所发现的粒子是否符合这些行为特征。新发现的粒子可能是希格斯粒子的近亲，而不是同卵双胞胎。科学家几乎每天都在arXiv.org论坛上提交论文，探索非标准希格斯粒子模型的含义。

ATLAS项目小组的最新结果发现，新粒子的质量和衰变为两个光子的速率与粒子物理标准模型的预测有一些偏差——新粒子的质量比从其衰变为Z玻色子(1g eV = 10亿eV)计算出的质量高约3 g eV。这使得新粒子作为“上帝粒子”的身份仍有疑问。

如果是这样，物理学家需要新的理论来研究正在发生的事情。这可能需要几年时间:他们最好的工具，大型强子对撞机，预计将在2013年初关闭，升级将需要长达两年的时间。但是当它回来时，它的能量会增加一半。这种能量足以让物理学家识别几个希格斯粒子的可能性。也许最终的结果甚至不是一种，而是多种希格斯粒子，每一种都有不同的质量。

完全燃烧的大型强子对撞机可能也能回答对撞机迄今为止最大的难题:为什么迄今为止发现超对称粒子的实验一无所获。超对称性可以解释为什么希格斯玻色子的质量不是无限的。超对称性也可能意味着希格斯粒子本身有大量的超对称性粒子。用更高的能量，或者能让大型强子对撞机探测到这些充满无限希望的粒子。

美国费米国家实验室的物理学家罗布·罗泽尔说:“这不是故事的结束，而是科学新篇章的开始。”

2好奇号登陆火星

2.好奇心登陆红色星球

路虎寻求生命友好的环境

一直被削减预算和航天飞机时代终结所困扰的美国宇航局，终于在2012年8月开了一枪。在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室，美国宇航局的太空任务指挥官见证了最新的“星际信使”安全着陆火星的整个过程。好奇号在这颗红色星球上的着陆立刻点燃了太空科学爱好者的热情，数百万人在网上目睹了这一壮举。

月球车的着陆过程包括打开高超音速降落伞，然后在反推力火箭的作用下下降。空中吊杆使用尼龙缆绳将探测车降低到红色星球的表面。美国宇航局喷气推进实验室称这一过程为“七分钟的恐怖”美国国家航空航天局的电视网络直播了探测器的着陆。2012年8月6日凌晨1:30，当漫游者踏上火星时，在纽约时代广场大屏幕前观看直播的观众发出了欢呼声。

在给指挥中心的电话中，美国总统奥巴马称赞科学研究小组探索了地球以外的未知世界。他们是“美国知识和创造力”的最佳典范。

在完成其开创性的旅程后，好奇号现在开始执行它的第一个任务:在火星上寻找一个过去或现在对生命友好的环境。

项目科学家约翰·格罗辛格说:“我们想做的是开始寻找宜居环境的特征。”这次任务的主要内容包括寻找有机碳和能源，它们可以为古代的火星微生物提供能量。2012年9月，火星探测器返回证据，证明水曾经流过盖尔环形山的表面。在第一次土壤分析中，好奇号发现了有机化合物，但这些有机化合物是来自火星还是由漫游者自己带来的，仍有待确定。

现在，漫游者正在前往珠穆朗玛峰的路上，珠穆朗玛峰由数十亿年的沉积物组成，峰顶高约5500米。最后，好奇号将爬上这座山，阅读火星岩石中记录的漫长历史。

格罗辛格说:“宜居性不仅仅是观察火星上是否有水的问题。我们需要更详细地重建当时的化学环境。我们需要问微生物是否能一直生活在这样的地方。”

随车携带的“化学照相机”可以分析火星表面散落的岩石成分。测量结果可以为早期火星是否温暖、潮湿以及是否能够承载生命提供重要线索。

好奇号的调查由一艘在轨宇宙飞船监控，飞船发回的火星车跳伞到火星表面的图像显示了被反向火箭烧焦的后壳和灰尘。漫游者还将发回“家庭明信片”，其中一些是自画像，另一些是特别熟悉的完全不同的陨石坑景观。

然而，最好的照片应该来自好奇号着陆阶段拍摄的视频。随着飞船隔热板的释放，探测器腹部摄像头拍摄的视频跟踪了摆动、垂直下落和着陆的整个过程，火星沙的升起是探测器着陆的最佳象征。

(3)禽流感论文有争议

3.禽流感文件有争议

尽管研究已经冻结，潜流仍在涌动。

2012年，禽流感研究人员主动中止了一项被认为对公众太危险的研究项目。然而，禁令只持续了60天。随着年底的临近，研究开始复苏。科学家们一直在争论这些研究的重要性，因为一旦这些技术落入坏人之手，它们可能会传播致命的疾病。

该研究被中止，因为在两项有争议的研究中，科学家创造了一种H5N1禽流感病毒的变体。与最初的病毒不同，新设计的病毒可以在雪貂之间通过空气传播，雪貂在流感研究中通常表现为人体替身。一个美国*顾问小组认为，这些研究的危险在于，*可能会利用研究中的信息制造并发起致命的流感疫情。

在这些研究中，这两个研究小组首先在实验室将H5N1病毒从一只雪貂转移到另一只雪貂，直到它被诱导成一种新的病毒变体，并且当这些动物出现打喷嚏或咳嗽症状时，可以在雪貂之间自动传播。起初，因为这些病毒既有传染性又有致命性，美国*的顾问小组建议不要发表这两篇论文。然而，该裁决在2012年3月被推翻。那年6月发表了两篇论文，一篇发表在《自然》杂志上，另一篇发表在《科学》杂志上。

是否允许发表的决定最终取决于荷兰伊拉斯谟医学中心罗恩·弗斯科的实验室中感染了空气传播病毒的雪貂的生存。自从薛定谔猫之后，也许动物的命运还没有引起如此多的关注。

咨询小组的23名成员中的大多数得出结论，突变病毒并没有构成直接威胁，因为雪貂还活着。研究人员还认为，这两篇论文的发表为公共卫生官员提供了一个工具，可以更快地发现新出现的流行病，并加速疫苗和抗病毒药物的开发。

但是咨询小组的六名成员投了否决票。他们认为，美国威斯康星大学鹤岗余一研究小组的论文不会立即造成危险。然而，傅的作品有被滥用的可能。咨询小组的成员建议，如果傅希业的研究结果要发表，只能提供摘录，除了病毒可能在空气中传播的内容，几乎所有内容都被删除了。

流感病毒工作的复杂性决定了任何希望用流感病毒制造生物武器的人都需要特殊训练。然而，任何有能力制造空气传播致命禽流感病毒的人都可以在不知道两组研究结果的情况下制造自己的禽流感病毒。流感已经成为一种几乎失控的重型武器。

出于对这两篇论文的担忧，美国*修改了其两用研究政策(基础研究可能被用于邪恶目的)。今年2月，美国国家生物安全科学委员会提出了加强从事这些工作的研究人员行为准则的方法。

包括傅希业和何余在内的39名流感研究人员提议暂停此类研究，并禁止让H5N1病毒更容易传播或增加其致病性的工作(功能增益实验)。科学家、公共卫生官员、安全专家和其他人员一直在激烈地争论这种研究。2012年夏天，美国*提议无限期暂停禁令。

作为《生物技术》杂志的编辑，纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院的微生物学家阿图罗·卡萨德瓦尔受托编辑了一系列关于H5N1研究的文章。傅叶，何于和他们的同事在杂志上认为，这样的研究应该继续下去，因为它将产生关于禽流感如何适应哺乳动物和如何遏制其传播的宝贵知识。其他研究人员也加入了争论，称实验室中的病毒应该得到控制，并且应该采取安全措施。

“我们必须问科学家一个他们还没有真正回答的问题，”卡萨德瓦尔说。“我们从功能增益实验中获得的信息是研究发展的关键吗？如果是这样，我们能以任何其他方式获得这种信息吗？”

(4)一名大脑植入芯片的瘫痪妇女拿起一杯咖啡，用她精神控制的机器人手臂啜饮一口。

4.六百万美元的人越来越接近现实。

外科修复和新的治疗方法使残疾人能够恢复行动、观察和行走的能力。

史蒂夫·奥斯汀是经典电视剧《六百万富翁》中的主角，他拥有仿生的眼睛、手臂、腿和20世纪70年代的头发，成为世界上第一个仿生人。这些植入物帮助他找回被盗的原子武器，对抗外星人，保护遇险的密码破译者。今天，现实生活已经开始赶上六百万美元的人。2012年的仿生学突破之一是，一名瘫痪妇女完成了她超人的壮举:使用植入的大脑芯片，她用精神控制的机器人手臂喝了一杯咖啡，用吸管喝了一大口令人满意的咖啡，这是她在过去15年里从未做过的事情。

凯西·哈钦森因中风瘫痪多年，喝了一口后，笑了笑。满屋子的科学家热烈鼓掌。

“我们正在进入一个非常激动人心的领域。我们可以开发各种非常复杂的技术，这些技术在生物医学中具有实际应用价值，可以提高人们的生活质量。”“这是一场革命，”瑞士联邦理工学院的生物工程师格雷戈里·库廷说。

今年是假体部件最引人注目的一年，无论是实验室内部还是外部。在伦敦举行的奥运会和残奥会上，残疾运动员使用高科技碳叶片在100米的场地上疾驰，并使用微处理器控制的C腿平衡力投掷标枪。坐轮椅的人使用电池供电的机器人服来保持他们的下肢处于良好状态。一名在摩托车事故中失去右腿的年轻人爬上美国芝加哥威利斯大厦的103级台阶，用大脑控制自己的下肢。尽管这项技术仍处于开发阶段，而且高成本已经吓退了许多潜在用户，但一些仿生部件已经开始走出实验室，首次进入临床。

被称为“大脑之门”的脑-机接口允许哈钦森用她的大脑来指挥机器人手臂，这是几十年研究的成果。20世纪60年代的猴子实验首次将手臂运动与大脑中特殊神经元的激活联系起来。2008年，科学家报告称，一种精神控制假肢可以让猴子自己进食。

另一种新的假体可以恢复黄斑变性或视网膜色素变性患者的部分视力。在欧洲市场现有的视网膜假体中，可以滑入眼睛后部的芯片可以与电线和线圈一起植入眼睛。目前正在老鼠身上测试的新视网膜植入物只需要在视网膜下植入一个薄的光电芯片。其余的硬件可以被整合到一个带有微型摄像机的高科技护目镜中，它可以将信息发送到一个智能手机大小的便携式电脑中。护目镜中的激光将图像投射到眼睛上，光电芯片将信号发送到大脑。

courtine团队的工作预示着一种不同的科幻未来——一个不再需要仿生学的未来。他们的研究显示了不用假肢就能恢复肢体功能的潜力。脊髓药物治疗和电击治疗，辅以跑步机理疗，脊髓损伤瘫痪大鼠数周后恢复行走和跑步能力，甚至爬楼梯。但让这一壮举成为可能的不仅仅是技术。研究表明还有一种无形的东西叫做动力，这也很重要。那些没有接受过诱惑治疗的老鼠永远不会走路，但是当研究人员用巧克力诱惑老鼠时，奇迹就会发生。