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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 我要評論(0 )   

羲和——上古傳說中的太陽之母,她的十個孩子都是太陽,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、時間歷法的人。

現(xiàn)在我們知道,日月運行是自然現(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,有一群科學家,他們將手中的超強超短激光實驗裝置,命名為羲和一號。這臺裝置的峰值功率高達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)生的光強約等于地球接收到太陽的總輻射對應的光強的十倍。這樣的能力,可能就是“羲和一號”的命名緣由。

中國科學院上海光學精密機械研究所的李儒新院士,不僅是“羲和一號”的建設者,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”活動當天,他來到墨子沙龍現(xiàn)場,向現(xiàn)場科學愛好者們介紹“羲和一號”。

激光的發(fā)展是近幾十年的事情,1960年,世界上第一臺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激光器。此后的幾十年,科學家一直在追求更高的峰值功率輸出?!犊茖W》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里程碑,其中,第五個里程碑——產(chǎn)生最強的峰值功率輸出(10拍瓦),就是由中國科學家完成的。羲和一號的這一步跨越,可以提供前所未有的超高能量密度、超強電磁場和超快時間尺度等綜合性極端物理條件,因此成為了張江綜合性國家科學中心重大基礎設施之一。

現(xiàn)場觀眾除了感嘆“羲和”這類大科學裝置強大的能量,也很關心,我們大力發(fā)展各種光源,究竟是為了什么?在這一點上,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,藥物的篩選得以進行。

事實上,新冠病毒研究方面的應用只是光源為其他領域提供服務的一個縮影,除了生命科學,其它諸如物理、化學、材料等學科,都可以將激光當做一種“超級顯微鏡”,將研究對象分析得更加清楚。

對此,本場活動的主持人潘建偉院士也在活動現(xiàn)場給出了更通俗的解釋:所有的科學都有兩個目標,第一個目標就是尋找世界上所有的東西的一個共同點,第二個目標是尋找這個世界上各種物質(zhì)形態(tài)的不同點。比如對于一盤青菜和一盤豬肉,純物理學家看到的是一堆微觀粒子,二者沒有本質(zhì)區(qū)別,而對于生命學家來講,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,我們需要有一個非常強大的工具,這個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,是活動現(xiàn)場李儒新院士精彩報告的主題??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,共同取得了一系列突破性進展。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,采用“儲存環(huán)+基于角色散機制的調(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,會為探索強場QED真空、QED等離子體等重大基礎科學問題提供條件,甚至有望開拓全新的科研領域。

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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,由中國科學技術大學上海研究院主辦,中國科大新創(chuàng)校友基金會、中國科學技術大學教育基金會、浦東新區(qū)科學技術協(xié)會、中國科學技術協(xié)會及浦東新區(qū)科技和經(jīng)濟委員會等協(xié)辦。

墨子是我國古代著名的思想家、科學家,其思想和成就是我國早期科學萌芽的體現(xiàn),“墨子沙龍”的建立,旨在傳承、發(fā)揚科學傳統(tǒng),建設崇尚科學的社會氛圍,提升公民科學素養(yǎng),倡導、弘揚科學精神??破諏ο鬄闊釔劭茖W、有探索精神和好奇心的普通公眾,我們希望能讓具有中學同等學力及以上的公眾了解、欣賞到當下全球最尖端的科學進展、科學思想。


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