我國啟動建設全球首個綜合極端條件實驗裝置

大科學裝置將有大作為

本報記者 吳月輝

由中國科學院物理研究所等建設的綜合極端條件實驗裝置，日前在北京市懷柔科學城正式開工。該工程擬通過5年左右時間，建成國際上首個集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件為一體的用戶裝置，極大提升我國在物質科學及相關領域的基礎研究與應用基礎研究綜合實力。

利用綜合極端條件實驗裝置，可以人為實現“超低溫”“超高壓”，以及“超強磁場”和“超快光場”

任何物質都是在一定的物理條件下形成的，通過使物理實驗條件達到極端狀態，可以形成許多在常規物理條件下不能得到的新物質和新物態。

項目首席科學家、中科院物理研究所研究員呂力說：“比如，極低溫可以抑制物質中電子、原子的無規運動；強磁場作為可以調控的熱力學參量，能夠改變物質的內部能量；超高壓可以有效縮短物質的原子間距，增加相鄰電子軌道的重疊，從而改變物質的晶體結構，以及原子間的相互作用，形成全新的物質狀態；超快激光則具有無與倫比的超快時間特性，快速變化的光場是人們能夠操作并且控制的最快物理量。”

然而，地球的環境實際上是一個比較溫和的環境，適合生物的生存，溫度漲幅不是很大，磁場也不是很強，但這種情況在整個宇宙中其實算特殊的。實際上，宇宙中既有極高溫也有極低溫，還有很強的磁場。那么，如何能在地球上實現這些物理條件和環境，從而在更大范圍研究物質的狀態和這個世界呢？

“這就需要我們人為地創造一些‘極端條件’。比如，在實驗室中人為創造、達到、接近甚至超過目前宇宙中已經存在的各種物理條件和環境。”呂力說，“這次啟動建設的綜合極端條件實驗裝置，就是綜合集成低溫、高壓、強磁場、超快光場等一系列配套的集群設備所構成的大型科學實驗設施。”

將為非常規超導、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實驗手段的支撐

人類文明的進步，一直依賴于工具的進步和技術的進步，比如望遠鏡對于天文學和物理學，顯微鏡對于醫學和生物學的重要影響，都是不言而喻的。同樣道理，綜合極端條件實驗裝置也是如望遠鏡和顯微鏡一般重要的“利器”。

“利用綜合極端條件實驗裝置可以使物理實驗條件達到極端狀態，這樣一來，我們就可以發現更多新的物態，探索更多新的科學現象，開辟新的領域，從而大大拓展人類認識自然、改造自然、造福人類自身的能力。”項目首席科學家、中科院物理研究所研究員丁洪說，“事實上，從過去一二十年諾貝爾物理學獎、化學獎的得獎情況來看，不少都用到了綜合極端條件。”

呂力說：“打個比方來說，如果把綜合極端條件科學探索的過程比喻成探礦尋寶的過程，有了這個綜合極端條件，我們就可以看得比別人更遠，挖得比別人更深，那么收獲也比別人更多。”

綜合極端條件實驗裝置建成之后，將為非常規超導、拓撲物態、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實驗手段的支撐，進而為相關材料的人工設計與制備，以及諸多科學難題的破解提供前所未有的機遇。

“舉個例子，倘若科學家能利用裝置做出室溫超導體，電影《阿凡達》中壯觀的‘懸浮山’就有望成為現實。”丁洪說。

極端條件實驗手段的整體水平直接影響著我國在若干核心領域的競爭力

近年來，利用極端實驗條件取得創新突破已成為科學研究發展的一種重要范式，也有大量研究成果得到了重要的實際應用。

據介紹，世界上許多發達國家或地區，如美國、歐洲、日本都在此領域投入大量的人力和物力，展開了激烈競爭。許多著名的研究機構都擁有先進的極端條件實驗設施。如美國佛羅里達強磁場實驗室、勞倫斯利弗莫爾和洛斯阿拉莫斯國家實驗室、德國馬普量子光學研究所及核物理研究所、法國格勒諾布爾的尼爾研究所和日本東京大學固體所極端條件實驗室等都擁有先進的極端條件實驗設施。

中科院物理研究所所長方忠認為，極端條件實驗手段的整體水平直接影響著我國在若干核心領域的競爭力。“項目建設將大幅提升我國綜合極端條件科學與技術研究及尖端實驗設備的研制、運行能力。提升我國在相關基礎研究、高技術研究領域的綜合水平，促進具有重要科學研究價值甚至重大應用價值的材料特別是新型量子材料體系的發現。”

中科院副院長王恩哥表示：“未來，希望綜合極端條件實驗裝置能夠建設成為世界領先的用戶裝置，與相關交叉平臺一起構成具有全球影響力的凝聚態物質科學研究中心。努力探索世界科學前沿，實現技術引領性突破，為把我國早日建成創新型國家做出應有的貢獻。”

“該裝置的主體建筑有望在2019年完工，2022年最終驗收。建成后，將向國內外用戶全面開放。”呂力說。

[責任編輯：楊凡、彭芳]

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