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❶ 首个原子X射线激光诞生
在越来越短的波长上实现激光发射是人们长期追寻的一个目标。激光的波长越短，捕获到超快反应的可能性就越大；而激光颜色越纯，展示的细节越清晰。1月，首个原子X射线激光在美国能源部斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室被成功开发出来。
这是迄今为止获得的世界上波长最短、颜色最纯的X射线激光，同时也使45年前的一个预言得到应验——可以像制造可见光激光一样，通过使原子内部电子从高能级向低能级跃迁并在这一过程中释放单色光来获得X射线激光。
研究人员利用斯坦福直线加速器相干光源（LCLS）发出的强大X射线脉冲，将密封舱内氖原子中的电子敲除，从而在氖原子外壳上留下狭小坑洞。当电子再回落填补这些小坑洞时，大约有1/50的原子通过发出一个在X射线范围内的光子来回应。由此，X射线激发临近更多的氖原子释放更多的X射线，就像“多米诺效应”般，将激光放大了2亿倍。
由于X射线能帮助人们深入观察分子和原子世界，该成就无疑等于开启了一扇向新科学发现进军的大门。相比号称世界最强大X射线激光器的LCLS发出的脉冲，原子X射线激光的波长只有其1/8，并且颜色更纯，能够清楚地区别以前不可能看到的超快反应的细节，将生物分子的工作情况“尽收眼底”。未来，二者更是可以强强联手，先由LCLS激发研究样本中的反应，再用原子X射线激光从原子级精度上捕捉这些瞬间即逝的反应细节。
❷ 中国大亚湾实验发现新的中微子振荡
不带电、以近光速飞行。小小中微子一向被称为难以捉摸的变色龙，它们在飞行中可以从一种类型转变成另一种类型，这就是中微子独有的振荡。三种中微子之间相互振荡，两两组合，有三种模式。现在，描述这一模型的最后一个未知参数也被填上了。
3月8日，中国大亚湾中微子实验宣布，以超过5倍的标准偏差确立了中微子的第三种震荡模式，更精确地测定了中微子相互振荡的3个混合角中的最后一个角θ13。而“θ13非零的事实，将使中微子物理学界在未来10年左右收获丰厚”。更可言之，这个实验结果使中微子物理学坚定地驶上了“快车道”。
该消息一经发布后，大量国外专家和媒体对该事件高度评价。英国《自然》杂志称：“一个曾经可望而不可及的参数，现已被首次精确地测量。”参与大亚湾项目的外国专家评价此次发现新的中微子振荡“可说是中国有史以来最重要的物理学成果”。
美国《科学》将其列为2012年度十大科学突破。而在评论文章中，用“完成了一幅中微子的概念图”来描述这一成果，并称“其为‘中微子与反中微子行为间不对称’的实验铺平了道路。将可以解释为何现在的宇宙中有如此多的物质，却只有那么一丁点儿的反物质这一问题”。文章最后道：“看似，中国粒子物理的时代业已到来。”
❸ 首个量子初级网络构建成功
量子世界有一种“心灵感应”——两个微观粒子无论相隔多远，只要彼此处于量子纠缠，通过改变一个粒子的量子状态，就可以使另一个粒子状态也发生改变。
“幽灵般的远距作用”只是它的表象。其实际应用是，利用这种量子纠缠特性建立的量子网络，比现在的互联网要快千万倍，而且想要破译非常之困难。
以上是理论的预测。但在今年4月15日，德国马普量子光学研究所的科学家历经数年，设计出一种 “完美控制”量子网络中所有组件的方法，进而第一次将两个各自代表网络节点的系统，通过一个60米长的光纤相连，并在它们之间进行量子信息高效率和高保真的交换。
这是首个初级量子网络，其包含一对纠缠原子，这对纠缠原子可通过单光子相互传递信息，成为“第一个在节点之间可完成量子信息可逆交换的量子网络原型”。在该原型中，节点之间完成了量子信息的可逆交换，并使远程纠缠保持了约100微秒。尽管它只是初级量子网络，但却是第一次远距离在大量分离的粒子之间创建量子纠缠，为科学家们提供了一个清晰的可扩展视角。
罗马不是一日建成的，量子网络更不是。2011年，仍是马普量子光学研究所，曾将单个光子的量子状态写入一个铷原子中，经过180微秒后将其读出，首次实现了单原子量子信息存储。彼时之成果被誉为向联网构建“量子网络”的目标趋近，而今，他们终于将首个量子初级网络构建成功。
❹ 人工合成的XNA可实现DNA功能
科学家们在“人造生命”的道路上又迈出了重要一步：我们耳熟能详的DNA（脱氧核糖核酸）这个携带生命遗传密码的重要载体，如今已能被人工合成的物质替代了。
4月，英国医学研究委员会分子生物学实验室等机构的研究人员宣布，他们人工合成了一种名为XNA的物质，在许多关键功能上可替代DNA。它也能存储遗传信息，由于与DNA一样使用碱基作为链齿，XNA链条和DNA链条之间还可互相结合，实现遗传信息的传递，准确度高达95％以上。此外，如果满足一些前提条件，部分XNA聚合物在试管中还能如DNA一样进化成不同形态。而且，XNA具有抗生物降解特性，比天然DNA更坚固，将来应用在核苷酸（DNA的基本组成单位）治疗方面更具优势。
XNA的合成仍然遵循天然DNA的结构规律，所不同的是，其每一个部分都可用结构原理类似的物质来取代——这可以改变原来DNA的某些固有性能，达到不同的应用目的。也正是二者之间的不尽相同，说明DNA不一定是携带生命遗传密码的唯一载体。有科学家认为，XNA的出现也许能够在实验室里创造出遗传方式与地球现有生物不同的“另类生命”，从而揭示生命起源的秘密；它还可以帮助解析DNA如何在生命演化中变得如此至关重要，甚至有助于寻找地外生物。
尽管实验证实可被高效合成的XNA能像DNA一样存储并传递遗传信息，甚至自身进化，从而参与生命合成的过程，但XNA仍然是依靠DNA衍生酶来复制的，还无法做到“自力更生”地在一个细胞中建立属于自己的XNA系统，因此，这离真正合成一个人造生命形态还差十万八千里。
❺ 人类首次可用意念控制机械手臂取物
2008年，美国匹兹堡大学的科学家曾使脑部植入微电极阵列的猴子学会了用自己的大脑神经信号直接控制假肢的运动，抓取食物喂到自己的嘴里；现在，这种以思维为动力有效控制机械臂取物的技术成功由人类进行了演示。
5月，美国布朗大学的研究人员首次公开发表了残障病人利用脑机接口技术来执行三维空间中复杂运动的实验：两位瘫痪多年、脖子以下无有效活动的中风患者脑部被植入电极，只用大脑信号的指示就能控制机械手臂够到并抓起小球，其中一位卧床14年的女士，更是拿起咖啡并将它送到嘴边喝了一口。
将思维与机械相结合的尝试从上世纪70年代便已开始。脑机接口技术获取大脑神经信号的方式有两种，大部分采用头皮电极，相对安全，但其信息采集的效果较差。此次实验则用了具有侵入性的植入电极技术，但却带给了我们两个惊喜：研究显示大脑处理运动的部分在人瘫痪10多年后还能继续发挥作用；另外，这些电极均已植入两位受试者脑内达5年之久，虽然有一些退化，但仍完全具有记录大脑活动并控制机械手臂的能力，这也在一定程度上消除了对电极植入脑内时间过长导致信号读取能力退化的忧虑。
在此基础上，匹兹堡大学的研究人员12月报告说，一位高位截瘫的53岁女性在脑部植入两块电极后，经过数周的练习，已能轻松操控机械臂把物体移送到目标位置，包括喂自己吃巧克力，其动作更加流畅和自然，成功率达到91.6％。这也是目前所有瘫痪病人用脑机接口技术所完成的最棒的一次展示，对他们而言，能够不假他人之手而独立完成吃饭、喝水等日常活动，无疑是生命中的一次跨越。
❻ 欧核中心发现与“上帝粒子”高度吻合的新粒子
它被认为是30年来最伟大科学发现之一。
岁末十强，大型强子对撞机已连年入选。人们回忆其数年成就：秒杀其他所有加速器的量级，再频繁刷新自己的纪录，究竟是撞出个黑洞还是模拟出个宇宙，已渐渐麻木，只依稀记得项目负责人年复一年旧话重提：我们离“上帝粒子”只差一步。
行外人不敢妄断这“一步”行的有多艰难，但于今年7月4日的发布会上希格斯老爷子的热泪中，或可窥一二。
当日，欧核中心（CERN）宣布发现了一种新粒子，其特性与所谓的“上帝粒子”，即希格斯玻色子的理论描述保持了高度一致（信号确定水平5西格玛左右，99.98%）。CERN主任评论：这是人们“理解自然的一个里程碑”。
官方发布的口径很保守，称分析仍在进行，尚具不确定性，需更多数据来佐证。因为希格斯玻色子无法直接观测到，只能通过观测到某种粒子衰变之后产生的光子等其他粒子，反推这些光子会不会是大型强子对撞机中粒子碰撞产生的希格斯玻色子衰变出来的。
7月末，CERN称“上帝粒子”被找到的可信度增大。更为完整的分析结果将确定性水平提高到了接近6西格玛，准确率达到99.997%。如此为新粒子就是希格斯玻色子提供了更强有力的支撑。尽管如此，直到12月中旬，科学家们认为新粒子为“上帝粒子”的身份依旧存在那么一丝疑虑。一句话：“我们需要更多的时间去分析。”
在铺天盖地的科普、解读后，大家已知道，即使确定它就是“上帝粒子”无疑，你我一觉醒来的明天也不会有任何改变，至多你可以说：“我终于知道自己为什么这么重了！”又或者，向着一个因质量之源被填充而分外完善的世界，致以敬意。
❼ 第一种艾滋病预防药物在美上市
作为人类历史上首个艾滋病预防药物，美国食品和药物管理局（FDA）于今年7月16日批准“特鲁瓦达”（Truvada）上市，以帮助高危人群预防艾滋病病毒（HIV）感染。结果显示，一方感染艾滋病病毒，一方健康的异性恋伴侣服用“特鲁瓦达”后，感染病毒的几率能降低75%。
“特鲁瓦达”属于抗逆转录病毒药物，可通过抑制病毒逆转录酶，降低人体内的病毒水平，在保持身体健康的同时降低病毒传播风险。其实早在2004年，“特鲁瓦达”曾由企业推向市场用于治疗艾滋病病毒感染者，可以说，其早已经成为对抗艾滋病的有力武器。
但在经过一系列突破性的实验后，科学家发现使用该药物的未感染人群，其患上艾滋病的概率大大降低。于是FDA首次批准一种艾滋病病毒预防药物上市，使具有感染艾滋病高风险的健康人也可以使用“特鲁瓦达”，这不仅是“抗艾”30年以来的里程碑事件，同时也让这一含有两种抗病毒成分的药物，成为健康人群中预防艾滋病的有效方法。
在艾滋病研究领域，预防药物的临床实验境地非常尴尬，“特鲁瓦达”也一路处于广泛的争议声中。直到该药上市，质责声仍频发：其是否同时导致了无保护性行为的增加？该药物的效果可能是不稳定的，安全套等传统“防艾”措施则稳定有效，那么人们是在用一种不稳定的方法来替代稳定的方法？
❽ 美国页岩气开发牵动世界能源变局
这是一场正在美国上演的能源供应方式的变革——页岩气将取代煤炭而成为仅次于石油的美国第二大能源资源，页岩气产量的增加也拉低了能源价格。此次“页岩气革命”，正刮着“新繁荣”的春风，激活着美国工业复兴的旧模式。
这又不仅仅是发生在美国的能源变革——随着美国的页岩气成功开发，极有可能成为全球页岩油气开发的“引擎”，驱动能源产业出现一场革命，进而对全球地缘政治格局产生重要影响。“页岩气革命”正以美国为中心波及全球，从欧洲到南美、亚洲，从发达国家到新兴市场，均渐入其中。
此次页岩气能源革命带来的第一个重大信号出现在今年8月：美能源情报署称该国将陆续关闭大量燃煤机组，目标是彻底停止美国的煤炭发电业。而之所以作此选择，无非因为当前天然气价格实在太便宜了——正是页岩气的蓬勃开采，令天然气价格跌至10年来的低点。
业内人士将其比喻成一场“天然气屠杀”，来形容对整个石油和天然气行业造成的冲击，天然气的低价格也意味着越来越便宜的电力价格，燃料成本占到发电总成本的40%。
10年前，美国对页岩气的开采可说是微不足道。甚至到2000年，页岩气产量不过占全美天然气供应量的2%。但在今年，这一比例骤然提升为37%。预测显示，仅再有3年美国就将超越俄罗斯成为全球最大天然气生产国。尽管说，当前页岩气开发尚不能完全摆脱环境污染隐忧、与人争水等难题，但外媒评论认为，对于一直寻求能源独立的美国来说，一场实实在在的“能源革命”已成定局，并将带领着能源市场彻底洗牌。
❾ DNA成为已知存储密度最高的介质
谈到信息存储，硬盘完全不能和DNA（脱氧核糖核酸）相提并论。理论上而言，DNA的每个核苷酸可以编码两个比特，1克单链DNA的存储容量大约相当于1000亿张DVD光盘。人们很早就觊觎我们自身的基因代码存储数据的潜力，但如何将信息编码写进DNA再解读出来，一直是个难题。
8月，哈佛大学研究人员进行了迄今为止使用DNA遗传物质储存数据量最大的一次实验。利用DNA的4个碱基进行编码，他们成功将一本遗传学课本的全部内容写进了一小段DNA序列，确切来说，是将53400个单词、11张图片和一个Java程序共计527万比特的数据存储在了不到1皮克（1皮克=1万亿分之一克）的DNA中。利用测序仪对DNA测序，就是将数据读取出来的过程，结果显示，这个存储系统的底层读取错误率为每百万比特只有两个错误。这项最新突破有可能彻底革新我们存储数据的能力。
DNA存储的优势在于：体积小，一个碱基只有几个原子大小，以此为基础进行数据存储，整体的体积将大大领先于传统硬盘；密度大，一个DNA片段就含有无数个碱基；稳定性强，相比于其他需要低温、真空保存的存储介质，DNA可以在不苛刻的条件下保存数千年。
不过，你最好别急着将闪存上的数据复制到基因存储上，受操作成本、速度（此次花了大约几天时间）和测序仪大小的制约，将DNA作为一种通用的数据存储介质目前还不切实际。但这一领域正在快速发展，随着DNA读写技术的商业化，这项技术将会变得更便宜、更快速和更轻便，未来的DNA硬盘或许会和今天的硬盘、光碟一样普遍。
10 加拿大开发出具备简单认知能力的虚拟大脑
想要更好地了解大脑的运作，最佳办法就是做出一个真正的大脑来。
加拿大滑铁卢大学的神经学家团队利用超级计算机技术，创造了一个具备简单认知能力、有250万个模拟“神经元”的虚拟大脑，命名为“Spaun”，进而在大脑和行为之间首次搭起了桥梁。
“Spaun”主体其实是基于超级计算机构建的数字模型，它通过变化的电压来模拟脑电波，利用类似摄像头的仪器来“观察”，再指挥机械臂进行书写等动作。它可执行多项简单的认知任务，对别人提出的问题或自己“观察”到的事物作出回应；也有一定的记忆力，可依次将之前看过的一连串数字写出来；它甚至通过了最基本的智商测试。
这是首个能模拟大脑利用不同区间沟通来展示复杂行为的模型。此前利用超级计算机模拟大脑功能的项目，仅是模仿出大脑的功能形式，“Spaun”则能展示这些功能如何作用于各种行为，帮助人类更清晰化的了解我们大脑的结构与运行。
人脑有1000亿个神经元，超过迄今为止的任何其他动物及实验室里的模拟大脑，与其相比，“Spaun”的功能性还相当初级。但它的问世让人们加倍确信，人工智能的遍地开花与更为“类人”机器的出现，并不会太遥远。我们无疑也需要越来越智能化的一切，然而骨子里，是否却对除自己之外具有认知能力的一切都充满恐惧呢？