我國(guó)啟動(dòng)建設(shè)全球首個(gè)綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置

大科學(xué)裝置將有大作為

本報(bào)記者 吳月輝

由中國(guó)科學(xué)院物理研究所等建設(shè)的綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，日前在北京市懷柔科學(xué)城正式開(kāi)工。該工程擬通過(guò)5年左右時(shí)間，建成國(guó)際上首個(gè)集極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)和超快光場(chǎng)等極端條件為一體的用戶裝置，極大提升我國(guó)在物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究綜合實(shí)力。

利用綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，可以人為實(shí)現(xiàn)“超低溫”“超高壓”，以及“超強(qiáng)磁場(chǎng)”和“超快光場(chǎng)”

任何物質(zhì)都是在一定的物理?xiàng)l件下形成的，通過(guò)使物理實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到極端狀態(tài)，可以形成許多在常規(guī)物理?xiàng)l件下不能得到的新物質(zhì)和新物態(tài)。

項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院物理研究所研究員呂力說(shuō)：“比如，極低溫可以抑制物質(zhì)中電子、原子的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)；強(qiáng)磁場(chǎng)作為可以調(diào)控的熱力學(xué)參量，能夠改變物質(zhì)的內(nèi)部能量；超高壓可以有效縮短物質(zhì)的原子間距，增加相鄰電子軌道的重疊，從而改變物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，以及原子間的相互作用，形成全新的物質(zhì)狀態(tài)；超快激光則具有無(wú)與倫比的超快時(shí)間特性，快速變化的光場(chǎng)是人們能夠操作并且控制的最快物理量。”

然而，地球的環(huán)境實(shí)際上是一個(gè)比較溫和的環(huán)境，適合生物的生存，溫度漲幅不是很大，磁場(chǎng)也不是很強(qiáng)，但這種情況在整個(gè)宇宙中其實(shí)算特殊的。實(shí)際上，宇宙中既有極高溫也有極低溫，還有很強(qiáng)的磁場(chǎng)。那么，如何能在地球上實(shí)現(xiàn)這些物理?xiàng)l件和環(huán)境，從而在更大范圍研究物質(zhì)的狀態(tài)和這個(gè)世界呢？

“這就需要我們?nèi)藶榈貏?chuàng)造一些‘極端條件’。比如，在實(shí)驗(yàn)室中人為創(chuàng)造、達(dá)到、接近甚至超過(guò)目前宇宙中已經(jīng)存在的各種物理?xiàng)l件和環(huán)境。”呂力說(shuō)，“這次啟動(dòng)建設(shè)的綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，就是綜合集成低溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)、超快光場(chǎng)等一系列配套的集群設(shè)備所構(gòu)成的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。”

將為非常規(guī)超導(dǎo)、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實(shí)驗(yàn)手段的支撐

人類文明的進(jìn)步，一直依賴于工具的進(jìn)步和技術(shù)的進(jìn)步，比如望遠(yuǎn)鏡對(duì)于天文學(xué)和物理學(xué)，顯微鏡對(duì)于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的重要影響，都是不言而喻的。同樣道理，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置也是如望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡一般重要的“利器”。

“利用綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置可以使物理實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到極端狀態(tài)，這樣一來(lái)，我們就可以發(fā)現(xiàn)更多新的物態(tài)，探索更多新的科學(xué)現(xiàn)象，開(kāi)辟新的領(lǐng)域，從而大大拓展人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然、造福人類自身的能力。”項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院物理研究所研究員丁洪說(shuō)，“事實(shí)上，從過(guò)去一二十年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)的得獎(jiǎng)情況來(lái)看，不少都用到了綜合極端條件。”

呂力說(shuō)：“打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，如果把綜合極端條件科學(xué)探索的過(guò)程比喻成探礦尋寶的過(guò)程，有了這個(gè)綜合極端條件，我們就可以看得比別人更遠(yuǎn)，挖得比別人更深，那么收獲也比別人更多。”

綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置建成之后，將為非常規(guī)超導(dǎo)、拓?fù)湮飸B(tài)、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實(shí)驗(yàn)手段的支撐，進(jìn)而為相關(guān)材料的人工設(shè)計(jì)與制備，以及諸多科學(xué)難題的破解提供前所未有的機(jī)遇。

“舉個(gè)例子，倘若科學(xué)家能利用裝置做出室溫超導(dǎo)體，電影《阿凡達(dá)》中壯觀的‘懸浮山’就有望成為現(xiàn)實(shí)。”丁洪說(shuō)。

極端條件實(shí)驗(yàn)手段的整體水平直接影響著我國(guó)在若干核心領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力

近年來(lái)，利用極端實(shí)驗(yàn)條件取得創(chuàng)新突破已成為科學(xué)研究發(fā)展的一種重要范式，也有大量研究成果得到了重要的實(shí)際應(yīng)用。

據(jù)介紹，世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，如美國(guó)、歐洲、日本都在此領(lǐng)域投入大量的人力和物力，展開(kāi)了激烈競(jìng)爭(zhēng)。許多著名的研究機(jī)構(gòu)都擁有先進(jìn)的極端條件實(shí)驗(yàn)設(shè)施。如美國(guó)佛羅里達(dá)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯利弗莫爾和洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)馬普量子光學(xué)研究所及核物理研究所、法國(guó)格勒諾布爾的尼爾研究所和日本東京大學(xué)固體所極端條件實(shí)驗(yàn)室等都擁有先進(jìn)的極端條件實(shí)驗(yàn)設(shè)施。

中科院物理研究所所長(zhǎng)方忠認(rèn)為，極端條件實(shí)驗(yàn)手段的整體水平直接影響著我國(guó)在若干核心領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。“項(xiàng)目建設(shè)將大幅提升我國(guó)綜合極端條件科學(xué)與技術(shù)研究及尖端實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制、運(yùn)行能力。提升我國(guó)在相關(guān)基礎(chǔ)研究、高技術(shù)研究領(lǐng)域的綜合水平，促進(jìn)具有重要科學(xué)研究?jī)r(jià)值甚至重大應(yīng)用價(jià)值的材料特別是新型量子材料體系的發(fā)現(xiàn)。”

中科院副院長(zhǎng)王恩哥表示：“未來(lái)，希望綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置能夠建設(shè)成為世界領(lǐng)先的用戶裝置，與相關(guān)交叉平臺(tái)一起構(gòu)成具有全球影響力的凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)研究中心。努力探索世界科學(xué)前沿，實(shí)現(xiàn)技術(shù)引領(lǐng)性突破，為把我國(guó)早日建成創(chuàng)新型國(guó)家做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。”

“該裝置的主體建筑有望在2019年完工，2022年最終驗(yàn)收。建成后，將向國(guó)內(nèi)外用戶全面開(kāi)放。”呂力說(shuō)。

[責(zé)任編輯：楊凡、彭芳]

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