撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
如果说最具荣誉性的科学大奖，诺贝尔奖当仁不让。但说到最慷慨的科学大奖，科学突破奖必是第一，它凭借着300 万美元的单项奖金，堪称科学界“第一巨奖”。
科学突破奖（Breakthrough Prize） 创立于 2012 年，奖金由谷歌联合创始人谢尔盖·布林、FaceBook 联合创始人马克·扎克伯格夫妇、俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳夫妇，以及 23andMe 联合创始人安妮·沃西基等人赞助。该奖项旨在表彰生命科学、基础物理和数学方面的成就。
此次颁发了生命科学（3项）、基础物理学（2项）和数学（1项）领域 6 个 300 万美元的科学突破奖；此外，8 位青年物理学家和青年数学家分享了 6 个 10 万美元的新视野奖；3 位刚完成博士学位的女性数学家每人将获得 5 万美元的 Maryam Mirzakhani 前沿奖，今年的奖金总额为1875 万美元，该奖项自设立以来奖金总额超过 3.26 亿美元。
科学突破奖——生命科学奖
GLP-1 研究先驱——Daniel J. Drucker、Joel Habener、Jens Juul Holst、Lotte Bjerre Knudsen、Svetlana Mojsov
这 5 位科学家做出了互补性贡献——从基础激素发现到生理学理解再到药物开发——促成了治疗糖尿病和肥胖症的高效药物——GLP-1 受体激动剂，开启了针对代谢疾病的 GLP-1 类药物的新时代。他们的突破性成就包括：发现编码 GLP-1 激素的基因；合成、分离和表征该激素的生物活性形式；证明其在肠道中产生并刺激胰岛素生成；阐明其更广泛的生理作用（包括控制食欲和能量平衡）；开发出一种在体内持续作用数天（而非数小时）的更稳定激素版本；以及将其转化为一种正在改变全球数亿人代谢疾病治疗的新药类型。
多发性硬化症研究先驱——Stephen L. Hauser、Alberto Ascherio
他们二人的研究彻底改变了对多发性硬化症（MS）的理解和治疗方法，这是一种使人衰弱的神经退行性疾病，患者的免疫系统会攻击神经纤维周围的绝缘蛋白。Stephen L. Hauser的贡献之一是推翻了关于多发性硬化症发病机制的科学共识，他发现免疫系统的 B 细胞是导致神经细胞受损的主要因素。他还积极参与了 B 细胞耗竭疗法的开发和测试，这种疗法彻底改变了多发性硬化症的现代治疗手段。与此同时，Alberto Ascherio通过长期细致的流行病学分析，发现了患多发性硬化症的必要条件：感染 EB 病毒。大多数人都携带这种病原体，通常不会产生严重后果，但他证明了感染该病毒会使患多发性硬化症的风险增加 32 倍。这项工作为用抗病毒药物治疗多发性硬化症以及开发能有效预防多发性硬化症的 EBV 疫苗提供了可能。
新一代基因编辑技术先驱——刘如谦（David R. Liu）
刘如谦开发出了两种强大且广泛使用的基因编辑技术——碱基编辑和先导编辑。这些技术是经过工程改造的分子机器，能够修正导致患者遗传疾病的 DNA 突变。重要的是，它们无需切割 DNA 双螺旋结构，从而减少了意外后果。2016 年，刘如谦开发出了碱基编辑技术，能够修正构成约 30%已知遗传疾病诱因的单碱基错误。随后在 2019 年，他开发出了先导编辑技术，能够用正确的 DNA 片段替换整个缺陷 DNA 片段，理论上可以修复约 90% 致病突变。这两项技术已被全世界的实验室广泛使用，促成了数千项在研究、农业和生物医学领域的论文发表。在动物身上，碱基编辑和先导编辑已成功纠正了基因突变，从而治愈了镰状细胞病和β地中海贫血等血液疾病、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓性肌萎缩症（SMA）等神经系统疾病、肌营养不良症和心肌病等肌肉疾病，以及遗传性失明、遗传性听力损失、多种代谢紊乱以及早衰症。目前，至少有 15 项碱基编辑和先导编辑的临床试验已在五个国家展开，其中一些试验已证实对 T 细胞白血病、镰状细胞病、β-地中海贫血和高胆固醇血症的治疗具有益处，甚至已挽救了患者的生命。
科学突破奖——基础物理学奖
此次的基础物理学奖很特殊——授予了四个合作团队的来自 70 多个国家的 13508 名研究人员，这些研究人员代表了欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的四个合作组织——ATLAS、CMS、ALICE和LHCb。300 万美元奖金将分配给 ATLAS（100 万美元）、CMS（100 万美元）、ALICE（50 万美元）和 LHCb（50 万美元），以表彰 2015 年至 2024 年 7 月 15 日期间基于 LHC 运行 2 数据发表的 13508 名共同作者。
这四个合作组织因对现代粒子物理学理论——标准模型——以及其他可能超越该模型的理论进行高精度测试而受到认可。这包括精确测量希格斯玻色子的特性，并阐明希格斯场如何赋予基本粒子质量的机制；探究极其罕见的粒子相互作用以及宇宙最初时刻存在的奇异物质状态；发现超过 72 种新的强子，并测量物质粒子与反物质粒子之间的细微差异；以及为标准模型之外的新物理可能性设定严格的界限，包括暗物质、超对称性和隐藏的额外维度。ATLAS 和 CMS 利用大型强子对撞机的高能和高强度质子及离子束开展全面的探索计划，在 2012 年同步宣布发现希格斯玻色子，并继续研究其特性。ALICE 研究夸克-胶子等离子体，这是一种在大爆炸后的最初几微秒内存在的极其炽热和密集的物质状态。LHCb 探索物质与反物质之间的细微差异、基本对称性的破坏以及由重夸克和轻夸克组成的复合粒子（强子）的复杂光谱。通过进行这些极其精确和精细的测试，大型强子对撞机实验将基础物理学的边界推向了前所未有的极限。
科学突破奖——数学奖
Dennis Gaitsgory因在几何朗兰兹猜想证明中发挥的核心作用而获奖。朗兰兹纲领是一项跨越多个数学领域的广泛研究计划，它源自一系列提出看似毫无关联的数学概念之间精确联系的猜想。这些联系是强大的工具，例如，费马大定理的证明就归结为朗兰兹猜想的一个特定实例。朗兰兹纲领中的这些等价关系可以被视为傅里叶变换的推广，傅里叶变换是一种将波与频率谱联系起来的工具，在从地震学到声学工程的众多领域中都有广泛应用。在几何朗兰兹猜想的情况下，所提出的是一一对应关系，涉及两个截然不同的对象集合，类似于这些谱和波：在谱的一侧是被称为基本群表示的抽象代数对象，它们捕捉了某些复杂曲面中可以缠绕的环路类型的信息；而在“波”的一侧是层，粗略地说，就是将向量空间分配给曲面上各点的规则。
Dennis Gaitsgory 在过去 30 年的大部分时间都致力于几何朗兰兹猜想的研究。2013 年，他写出了证明所需的步骤概要，经过十多年的潜心研究，2024 年他和他的同事们发表了完整的证明，该证明由 5 篇论文组成，总页数超过 800 页。这是具有里程碑意义的进展，预计还将在数学的其他领域产生深远影响，包括数论、代数几何和数学物理。
科学突破奖——基础物理学特别突破奖
基础物理学特别突破奖授予了Gerard 't Hooft，他是当今世界最杰出的理论物理学家之一、标准模型奠基人之一，曾获 1999 年诺贝尔物理学奖。20 世纪 70 年代初，他对后来被称为亚原子粒子标准模型的基础理论做出了关键性贡献。他证明了杨-米尔斯理论在量子力学处理下是有意义的——即它们能够给出有限且可计算的结果，而非毫无意义的无穷大——从而验证了这些理论，这些理论后来成为了标准模型的核心。他在理解强相互作用理论方面做出了多项关键性贡献，包括通过一种称为瞬子的特殊场构型解决了涉及粒子质量的一个重大问题；他开发了用于研究强相互作用夸克的新数学工具；他还引入了一种富有成效的方法，即通过假设强相互作用由比实际更多的夸克和胶子种类介导来进行研究。这些以及其他贡献帮助确立了标准模型作为一种可行的理论，并为计算其预测提供了强有力的工具。他还研究了量子效应，这些效应能够解释黑洞中信息是如何处理的，这促成了宇宙学中全息原理的发展，也可能为量子力学的解释开辟新的替代途径。
此前，已有多位华人学者获得科学突破奖：
2014年，华人数学家陶哲轩获数学突破奖；
2015年，中国科学家王贻芳获基础物理学突破奖；
2018年，华人科学家陈志坚、庄小威获生命科学突破奖；
2019年，华人科学家李文渝获生命科学突破奖；
2020年，中国科学家卢煜明获生命科学突破奖；
2021年，华人科学家叶军获基础物理学突破奖。
参考资料：
https://breakthroughprize.org/
