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解決方案

激光和加速器:我們探索世界的“顯微鏡”

來源:墨子沙龍2021-09-13 我要評(píng)論(0 )   

羲和——上古傳說中的太陽之母,她的十個(gè)孩子都是太陽,在她的指揮調(diào)度下,輪流上天值日?!冻o·離騷》中的“吾令羲和弭節(jié)兮,望崦嵫而無迫”,就是描繪羲和趕著馬車...

羲和——上古傳說中的太陽之母,她的十個(gè)孩子都是太陽,在她的指揮調(diào)度下,輪流上天值日?!冻o·離騷》中的“吾令羲和弭節(jié)兮,望崦嵫而無迫”,就是描繪羲和趕著馬車帶太陽下班回家的情景。所以,傳說中的羲和,也是掌握日出日落、時(shí)間歷法的人。

現(xiàn)在我們知道,日月運(yùn)行是自然現(xiàn)象,但是,羲和作為中國人心中的太陽神,一直是光明的象征。隨著科學(xué)的發(fā)展,人們掌握了光的規(guī)律,開始了探索和利用光能的歷程。

在中國的上海,有一群科學(xué)家,他們將手中的超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置,命名為羲和一號(hào)。這臺(tái)裝置的峰值功率高達(dá)10拍瓦(即10的16次方瓦),如果把這樣的激光聚焦到10微米,產(chǎn)生的光強(qiáng)約等于地球接收到太陽的總輻射對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)的十倍。這樣的能力,可能就是“羲和一號(hào)”的命名緣由。

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的李儒新院士,不僅是“羲和一號(hào)”的建設(shè)者,也是我國激光事業(yè)的見證者。9月11日,在2021年浦東新區(qū)“全國科普日”活動(dòng)當(dāng)天,他來到墨子沙龍現(xiàn)場,向現(xiàn)場科學(xué)愛好者們介紹“羲和一號(hào)”。

激光的發(fā)展是近幾十年的事情,1960年,世界上第一臺(tái)激光器誕生于美國的休斯公司,一年后,王之江院士制成我國的第一臺(tái)激光器。此后的幾十年,科學(xué)家一直在追求更高的峰值功率輸出?!犊茖W(xué)》雜志上總結(jié)了1960年激光器發(fā)明以來激光功率提升的五個(gè)里程碑,其中,第五個(gè)里程碑——產(chǎn)生最強(qiáng)的峰值功率輸出(10拍瓦),就是由中國科學(xué)家完成的。羲和一號(hào)的這一步跨越,可以提供前所未有的超高能量密度、超強(qiáng)電磁場和超快時(shí)間尺度等綜合性極端物理?xiàng)l件,因此成為了張江綜合性國家科學(xué)中心重大基礎(chǔ)設(shè)施之一。

現(xiàn)場觀眾除了感嘆“羲和”這類大科學(xué)裝置強(qiáng)大的能量,也很關(guān)心,我們大力發(fā)展各種光源,究竟是為了什么?在這一點(diǎn)上,李儒新院士著重給予了解答。

一年多來,所有人的生活都或多或少被新冠疫情所影響,可是,大多數(shù)人不知道的是,抗擊疫情的過程就少不了上海光源的功勞。去年一月,全世界第一幅新冠病毒的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)就是在上海光源獲得的,在其幫助下,藥物的篩選得以進(jìn)行。

事實(shí)上,新冠病毒研究方面的應(yīng)用只是光源為其他領(lǐng)域提供服務(wù)的一個(gè)縮影,除了生命科學(xué),其它諸如物理、化學(xué)、材料等學(xué)科,都可以將激光當(dāng)做一種“超級(jí)顯微鏡”,將研究對(duì)象分析得更加清楚。

對(duì)此,本場活動(dòng)的主持人潘建偉院士也在活動(dòng)現(xiàn)場給出了更通俗的解釋:所有的科學(xué)都有兩個(gè)目標(biāo),第一個(gè)目標(biāo)就是尋找世界上所有的東西的一個(gè)共同點(diǎn),第二個(gè)目標(biāo)是尋找這個(gè)世界上各種物質(zhì)形態(tài)的不同點(diǎn)。比如對(duì)于一盤青菜和一盤豬肉,純物理學(xué)家看到的是一堆微觀粒子,二者沒有本質(zhì)區(qū)別,而對(duì)于生命學(xué)家來講,青菜和豬肉分別有特定的基因序列,彼此之間大不相同。在追求物質(zhì)本源的研究過程中,我們需要有一個(gè)非常強(qiáng)大的工具,這個(gè)工具就像我們的眼睛,幫助我們“看到”微觀粒子的組成、基因的序列。激光和加速器,就是這樣的工具。

激光和加速器的相互融合和滲透,是活動(dòng)現(xiàn)場李儒新院士精彩報(bào)告的主題??v觀激光器和加速器的發(fā)展歷史,我們可以看到,兩者相互促進(jìn),共同取得了一系列突破性進(jìn)展。未來的第五代光源,就是結(jié)合了同步輻射和自由電子激光的優(yōu)點(diǎn),采用“儲(chǔ)存環(huán)+基于角色散機(jī)制的調(diào)制反調(diào)制”的產(chǎn)生方式,在亮度、通量、調(diào)節(jié)范圍、軌道和輻射穩(wěn)定性等方面,將滿足用戶更加多樣、嚴(yán)苛的需求。

基于高功率激光和高能粒子束相結(jié)合的裝置,會(huì)為探索強(qiáng)場QED真空、QED等離子體等重大基礎(chǔ)科學(xué)問題提供條件,甚至有望開拓全新的科研領(lǐng)域。

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墨子沙龍是以中國先賢“墨子”命名的大型公益性科普論壇,由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院主辦,中國科大新創(chuàng)校友基金會(huì)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教育基金會(huì)、浦東新區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)及浦東新區(qū)科技和經(jīng)濟(jì)委員會(huì)等協(xié)辦。

墨子是我國古代著名的思想家、科學(xué)家,其思想和成就是我國早期科學(xué)萌芽的體現(xiàn),“墨子沙龍”的建立,旨在傳承、發(fā)揚(yáng)科學(xué)傳統(tǒng),建設(shè)崇尚科學(xué)的社會(huì)氛圍,提升公民科學(xué)素養(yǎng),倡導(dǎo)、弘揚(yáng)科學(xué)精神??破諏?duì)象為熱愛科學(xué)、有探索精神和好奇心的普通公眾,我們希望能讓具有中學(xué)同等學(xué)力及以上的公眾了解、欣賞到當(dāng)下全球最尖端的科學(xué)進(jìn)展、科學(xué)思想。


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