過去一年，8大基礎研究突破，5個與中國有關！

在基礎科研方面，2019年屢獲新突破，不斷拓寬人類對宇宙演化、物質結構、生命起源和意識本質等重大科學問題的認知。8大突破影響深遠，其中5個與中國有關。

一、首張黑洞照片問世，進一步驗證了廣義相對論

北京時間2019年4月10日21時，由包括中國天文學家在內的多國科研人員參與的事件視界望遠鏡組織（Event Horizon Telescope Collaboration，簡稱EHT）在美國華盛頓，比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京等世界六地同步發布人類期待已久的首張黑洞照片。

這張黑洞圖像也使得一百多年前愛因斯坦提出的廣義相對論再次得到了試驗驗證。

二、科學家首次在「超級地球」大氣層發現水蒸氣

2019年9月11日訊，美國宇航局/歐空局的哈勃太空望遠鏡環繞地球運行。加州大學洛杉磯分校的研究人員首次在名為K2-18b的太陽系外行星的大氣層中發現水蒸氣。K2-18b距離地球111光年，可能是有外星生命存在的「放大版地球」，被形容為可能是「超級地球」，也就是可能支撐生命的巨大巖石行星。

這是第一顆人類已知有水的系外行星，也是目前所知的宜居可能性最大的系外行星。

三、首次觀測到三維量子霍爾效應

合肥微尺度物質科學國家研究中心國際功能材料量子設計中心（ICQD）和物理系的喬振華教授與南方科技大學張立源教授、新加坡科技設計大學楊聲遠教授、美國佛羅裡達州立大學的楊昆教授、麻省理工學院的Patrick A. Lee教授和布魯海文國家實驗室的Genda Gu教授等理論與實驗合作，在碲化鋯（ZrTe5）塊體單晶體材料中首次觀測到三維量子霍爾效應的明確證據，並指出該效應可能是由於磁場下相互作用產生的電荷密度波誘導的。這一重要研究成果2019年5月9日在線發表在國際權威學術期刊《自然》上。

這一工作終於將經歷了30餘年等待的三維量子霍爾效應這一預言展現於世人面前。在這個效應中，由於維度的不同，現象背後的微觀物理機制也展現其新穎與誘人的方面。該發現有望為未來的凝聚態物理的發展注入新的活力。

四、發現熱傳遞的第四種方式，實現聲子真空傳熱

傳熱一共有三種方式，熱傳導、熱對流、熱輻射。如今，這一教科書上的知識要被改寫了。2019年1月，美國加州大學伯克利分校教授、香港大學校長張翔帶領的研究團隊，首次通過實驗證實了在納米尺度下、發生在真空環境中的聲子傳熱。這宣告著，經過幾十年、幾代科學家的不懈努力，人類終於成功發現並捕捉到了這種全新的傳熱方式。

這不僅是基礎科學的突破，也將有望對現代集成電路、微加工、高精度顯微鏡、數據儲存等諸多領域的發展產生深遠的影響

五、首次證實水結冰過程中「臨界冰核」的存在

2019年12月19日，《自然》發表了一項關於自然界中相變成核現象的研究成果。來自中科院化學所和國科大等單位的研究人員，首次通過實驗證實了水結冰過程中臨界冰核的存在，並給出了臨界冰核的尺寸和過冷溫度的關係，這一成果與經典成核理論預言高度契合。這項實驗研究所得結果與理論計算高度相符，和使用納米顆粒種類、材質等因素無關，結論具有普適性，不僅確定無疑地證實了臨界冰核的存在，而且可以成為研究其他相變成核問題的普遍方法。

這項研究在理論上加深了對水結冰機理、相變現象乃至統計物理中宏觀和微觀關係等方面的理解；同時，在細胞和組織的低溫凍存、維持疫苗在生產和輸運過程中的高活性以及飛機等交通工具的防冰塗層上有重要應用價值。

六、首次合成世界第一個含 18 個碳原子的純碳環

2019年8 月 15 日，Sicence 發表了牛津大學化學系與 IBM蘇黎世研究實驗室合作的一項成果，他們合成了世界上第一個完全由碳原子構成的環狀分子——C18 ，其中的 18 個碳原子通過交替的單鍵和叄鍵連接而成，早期研究發現C18 環分子具有半導體特性，這意味著類似的碳直鏈結構可能可以成為分子級別的電子元件。

對這種被稱為環碳的分子性質進行的初步研究表明，它具有半導體的功能，可以使類似的直碳鏈成為分子級電子元件。這是一項「絕對令人震驚的研究工作」，開闢了一個新的研究領域。

七、基因研究首次論證現代人類確切起源地

2019年10月28日，英國《自然》雜誌發表了一項演化學論文，澳大利亞科學家瓦妮莎·海斯，通過對1217人進行血液採樣，分析一種名為「L0」的線粒體DNA，首次把現代人類的起源地指向20萬年前的馬卡迪卡迪溼地。

這項研究利用線粒體基因組數據，在波札那北部贊比西河南岸，找到現代人類祖先的家園。這項研究為理解現代人類的演化補充了相關「時空背景」。

八、首次解析人類胚胎著床過程

一枚受精卵長成一個嬰兒，需在發育的第7天左右著床才能存活，這期間的人胚胎細胞無法獲取，難以解析。2019年8月22日，《自然》雜誌登載了我國北京大學湯富酬與北醫三院喬傑聯合團隊研究的最新突破，他們利用體外模擬人類著床策略和高精度單細胞測序技術，展現了「黑盒子」中的乾坤。

團隊首次對單細胞解析度繪製的轉錄組和DNA甲基化組動態變化過程進行了重構，再現了人類胚胎著床過程，繪製出基因表達調控網絡和DNA甲基化動態「全景圖。