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3 科學家發現宇宙物質起源之謎首個佐證
宇宙誕生於一場大爆炸。但在這一切的起點，理應產生同樣數量的正反物質，而如果正反物質數量相同，它們相遇時又會彼此湮滅，僅留下光子和暗物質。宇宙演化，似乎仍然由物質在主導，“正反物質不對稱”也成為自然界最大的謎團之一。
最有力的說法是中微子在這幕大劇中扮演了重要角色，2020年，日本T2K中微子實驗國際共同研究團隊為這一假說帶來了重要支持：他們首次成功讓“中微子振盪”現象中決定“粒子與反粒子舉動差異”程度的物理量取值範圍得到了限制。
這是一項歷時近10年的研究。科學家們已知中微子分為電子型中微子、繆子型中微子和陶子型中微子三種類型及其相應的反中微子，這些“變色龍”能在以接近光速的速度行進時發生改變，即所謂的“中微子振盪”。T2K團隊從近1021次質子打靶產生的中微子中檢測到90個電子型中微子和15個電子型反中微子。數據分析表明，繆子型中微子轉變成電子型中微子的機率，高於繆子型反中微子轉變成電子型反中微子的機率。
實驗組的結論其實尚未達到可以被稱為“發現”的水平。但這一結果支持宇宙中物質起源與繆子型中微子轉變成電子型中微子有關，換句話說，這或是我們研究宇宙物質起源的第一個佐證，讓人類距離解開宇宙之謎又近了一步。
4 迄今最大規模人類遺傳變異體目錄公布
生物學和醫學發展之迅猛，肉眼可見。科學家對很多疾病的研究可以直抵分子和基因層面，深入研究人類基因組也成為解鎖諸多重大疾病病因的關鍵。可惜的是，在人類基因組中，絕大多數基因的功能依然未知。
揭示基因功能的一種方法，是觀察基因發生突變後的結果。這些變異體往往會產生不良結果，但通常較為罕見。大規模基因測序研究則有助於考察這些功能喪失型變異體的效應，將能帶來對人類生物學特徵和疾病的重要見解。
2020年6月，英國《自然》旗下雜誌同時發表一系列報告，集中描述了對一個匯集了逾14萬人樣本的資料庫——基因組聚集資料庫的套用，其涵蓋從125748個全外顯子組和15708個全基因組測序數據集中，鑑定出的443769個預測的功能喪失型變異體。這是人們迄今擁有的最大規模人類遺傳變異體公開目錄。
儘管，科學家距離鑑定出人類全部的預測功能喪失型變異體還很遙遠，但這一研究依然是我們現階段深入認識人類基因功能、發現新疾病相關基因的寶貴資源。
5 馬斯克發布可實際運作的腦機接口
無論你如何評價埃隆·馬斯克，也應承認他一向都敢做眾人所不敢之事。8月末，他為腦機接口公司Neuralink舉行發布會，用“三隻小豬”演示了可實際運作的腦機接口晶片和自動植入手術設備。其中一隻豬已經植入腦機接口設備兩個月並活蹦亂跳，另一隻曾植入電極又取了出來，最後一隻則未植入任何設備。
這次發布會引起空前關注。因為被植入晶片的實驗豬，向全世界展示了神經信號的讀取和寫入，研究人員可以通過晶片傳導出來的信息看到豬的腦電圖。馬斯克在2016年就曾透露過其人腦與機器互動的想法，能夠看出，與2015年原型首次亮相時相比，該技術與實現馬斯克的雄心壯志的距離要近得多。
但需注意到，Neuralink晶片成功與否，其實並不完全取決於技術，還將取決於其能否說服人們“開頭顱、插晶片”，並試圖“篡改”人類自己的神經衝動。
不過，馬斯克本人和該公司都表明，他們主要研究方向或將是醫療領域，即利用腦機接口來幫助人類對抗記憶力衰退、頸脊髓損傷以及癲癇、抑鬱、帕金森等神經系統疾病。如果它們的安全性和可靠性可以讓科學家、醫生以及許許多多患者們信服，那這一技術無疑將真正造福人類。
6 室溫超導在超高壓下首次實現
1911年，一名荷蘭物理學家發現，當溫度降低至4.2K(約-268.95℃)時浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會消失。這是超導現象，我們距離其首次被發現已過百年。
超導不僅僅意味著零電阻，還可以完全抗磁性，這讓超導體在傳輸過程中幾乎沒有能量耗損，每平方厘米超導材料上還能承載更強的電流。可惜，大多數超導體僅在接近絕對零度的溫度下工作。正是這一限制，具有如此優異性能的材料並沒有像許多人想像的那樣徹底改變世界。
2020年10月，一個美國團隊報告創造出一種有機源氫化物材料，首次在高達15攝氏度的溫度下觀察到室溫超導現象。此前研究表明，富氫材料在高壓下可以將超導溫度提高至-23℃左右。此次科學家將實現零電阻的溫度提高到了15℃，這是在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學合成三元含碳硫化氫系統中實現的。
開發在室溫下沒有電阻和磁場驅逐的超導材料，是凝聚態物理學追求的目標，新成果不但打破諸多障礙，還將為許多潛在套用鋪路。可以說，經過一個世紀的找尋，人類向創造出具有最優效率電力系統的目標邁出了重要一步。
7 快速射電暴在銀河系內起源首次確定
這是一段時間僅僅數毫秒的射電脈衝。有天文學家認為，它可能只是兩顆恆星碰撞時產生的噪音，另有一些人更樂意相信，這是來自外星人的信息，由高等地外文明的技術“外泄”造成。
它名為快速射電暴，自2007年第一次被發現以來身上迷霧一重疊一重。其物理起源未知，但能量極大，無法忽視。儘管付出了很多努力，科學家也一直在發展相關理論，但從未能理解快速射電暴背後的物理學原理，連確定起源也存在著巨大挑戰——它持續時間實在是太短了，天文學家很難對其定位。
2020年11月，英國《自然》雜誌發表的3篇論文稱，科學家首次確定了一個快速射電暴在銀河系內的起源：多個衛星及地面望遠鏡探測到的這些無線電波的明亮脈衝顯示，它們來自銀河系內的一顆磁星。
這是第一個探測到無線電波以外輻射的快速射電暴，且是第一個在銀河系中被發現的，同時也是第一個與被稱為磁星的恆星殘留物有關的快速射電暴，證明了磁星可以是快速射電暴的起源。該發現得益於加拿大和美國團隊對快速射電暴的持續關注，以及中國500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)對這一天空區域的重要監測結果。
8 “阿爾法摺疊”精準預測蛋白質三維結構
一個有50年歷史的老問題，“阿爾法摺疊”改變了遊戲規則。
人工智慧(AI)的功勞。名為“阿爾法摺疊”的AI攻克了生物學領域一項重大難題：預測蛋白質如何從線性胺基酸鏈捲曲成3D形狀以執行任務。
人體每一種蛋白質都包含幾十到幾百種胺基酸，這些胺基酸的順序決定了它們之間的作用，賦予蛋白質複雜的三維形狀，進而決定了蛋白質的功能。幾十年來，研究人員利用X射線晶體學或低溫電子顯微鏡等實驗技術來破譯蛋白質的三維結構，但這種方法可能需要數月甚至數年，且未必見效。在生命體內發現的2億多個蛋白質中，只有17萬個蛋白質的結構被破解。
在2020年的“蛋白質結構預測關鍵評估”中，“阿爾法摺疊”在滿分100的比賽中的中位分數為92.4，預測最具挑戰性的蛋白質的平均得分為87，比次優預測高出25分。它甚至擅長預測嵌入細胞膜的蛋白質結構，而細胞膜正是許多人類疾病的核心，以往的X射線晶體學很難對其展開研究。
這一技術成就被認為將改變結構生物學和蛋白質研究的未來：實驗學家將能使用精確結構預測來理解不透明的低溫電磁數據；藥物設計者也可藉此迅速釐清新冠病毒等危險病原體中每種蛋白質的結構，從而更快研發出相關藥物。
9 “基因魔剪”首次治癒兩種遺傳性血液病
這是CRISPR基因編輯技術臨床首次證實可有效治療遺傳疾病。
鐮刀型紅細胞貧血和β-地中海貧血，是兩種常見的基因缺陷性疾病，其共同特點是由於珠蛋白基因的缺陷使血紅蛋白中的珠蛋白肽鏈有一種或幾種合成減少或不能合成，從而產生無效的血紅蛋白。常見的治療方法是輸血或輸入鐵螯合劑，很可惜這些方法容易出現中毒現象；利用造血幹細胞移植本是一個根治之法，但匹配的捐贈者很可能匱乏，移植後的併發症也隨時會發生。正因此，基因治療從分子水平上糾正治病基因的表達，成為病人的新希望。
2020年年底，美國研究人員宣布他們用CRISPR技術對患者的骨髓幹細胞進行基因編輯後，兩名β—地中海貧血患者和一名鐮狀細胞疾病患者，不再需要輸血。
最新的報告表明，患者的治療時間長達17個月，正在產生大量胎兒血紅蛋白，並且再沒有經歷過每幾個月發作一次的疼痛。這一次，“基因魔剪”實現了精準靶向治療，為未來基因缺陷性疾病的成功治癒提供了可能。當然，CRISPR這一技術在疾病領域的套用，才剛剛開始。
10 中國嫦娥五號“攬月”而歸
2020年12月19日，中國嫦娥五號任務月球樣品正式交接。中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作拉開了序幕。
嫦娥五號任務是“探月工程”的第六次任務，也是中國航天迄今為止最複雜、難度最大的任務之一。其有著非常重要的意義——實現中國開展航天活動以來的四個“首次”：首次在月球表面自動採樣；首次從月面起飛；首次在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接；首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
美國《科學》雜誌對此予以高度關注。該雜誌報導中指出，嫦娥五號是中國一系列雄心勃勃探月計畫的最新行動，它在月表著陸後，從月表鏟取一些月壤樣品，還鑽探到月表之下2米採集月壤岩芯，這些樣本將有助於科學家進一步釐清月球的年齡，而且是“自1972年人類最後一次執行登月任務40多年後再次從月球帶回岩石樣本”。
