激光和加速器:我们探索世界的“显微镜”

时间:2021-09-13 11:39来源:墨子沙龙作者:wuping 点击:
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摘要:羲和上古传说中的太阳之母,她的十个孩子都是太阳,在她的指挥调度下,轮流上天值日。《楚辞离骚》中的吾令羲和弭节兮,望崦嵫而无迫,就是描绘羲和赶着马车带太阳下班回家的情景。所

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羲和——上古传说中的太阳之母,她的十个孩子都是太阳,在她的指挥调度下,轮流上天值日。《楚辞·离骚》中的“吾令羲和弭节兮,望崦嵫而无迫”,就是描绘羲和赶着马车带太阳下班回家的情景。所以,传说中的羲和,也是掌握日出日落、时间历法的人。

现在我们知道,日月运行是自然现象,但是,羲和作为中国人心中的太阳神,一直是光明的象征。随着科学的发展,人们掌握了光的规律,开始了探索和利用光能的历程。

在中国的上海,有一群科学家,他们将手中的超强超短激光实验装置,命名为羲和一号。这台装置的峰值功率高达10拍瓦(即10的16次方瓦),如果把这样的激光聚焦到10微米,产生的光强约等于地球接收到太阳的总辐射对应的光强的十倍。这样的能力,可能就是“羲和一号”的命名缘由。

中国科学院上海光学精密机械研究所的李儒新院士,不仅是“羲和一号”的建设者,也是我国激光事业的见证者。9月11日,在2021年浦东新区“全国科普日”活动当天,他来到墨子沙龙现场,向现场科学爱好者们介绍“羲和一号”。

激光的发展是近几十年的事情,1960年,世界上第一台激光器诞生于美国的休斯公司,一年后,王之江院士制成我国的第一台激光器。此后的几十年,科学家一直在追求更高的峰值功率输出。《科学》杂志上总结了1960年激光器发明以来激光功率提升的五个里程碑,其中,第五个里程碑——产生最强的峰值功率输出(10拍瓦),就是由中国科学家完成的。羲和一号的这一步跨越,可以提供前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度等综合性极端物理条件,因此成为了张江综合性国家科学中心重大基础设施之一。

现场观众除了感叹“羲和”这类大科学装置强大的能量,也很关心,我们大力发展各种光源,究竟是为了什么?在这一点上,李儒新院士着重给予了解答。

一年多来,所有人的生活都或多或少被新冠疫情所影响,可是,大多数人不知道的是,抗击疫情的过程就少不了上海光源的功劳。去年一月,全世界第一幅新冠病毒的三维结构数据就是在上海光源获得的,在其帮助下,药物的筛选得以进行。

事实上,新冠病毒研究方面的应用只是光源为其他领域提供服务的一个缩影,除了生命科学,其它诸如物理、化学、材料等学科,都可以将激光当做一种“超级显微镜”,将研究对象分析得更加清楚。

对此,本场活动的主持人潘建伟院士也在活动现场给出了更通俗的解释:所有的科学都有两个目标,第一个目标就是寻找世界上所有的东西的一个共同点,第二个目标是寻找这个世界上各种物质形态的不同点。比如对于一盘青菜和一盘猪肉,纯物理学家看到的是一堆微观粒子,二者没有本质区别,而对于生命学家来讲,青菜和猪肉分别有特定的基因序列,彼此之间大不相同。在追求物质本源的研究过程中,我们需要有一个非常强大的工具,这个工具就像我们的眼睛,帮助我们“看到”微观粒子的组成、基因的序列。激光和加速器,就是这样的工具。

激光和加速器的相互融合和渗透,是活动现场李儒新院士精彩报告的主题。纵观激光器和加速器的发展历史,我们可以看到,两者相互促进,共同取得了一系列突破性进展。未来的第五代光源,就是结合了同步辐射和自由电子激光的优点,采用“储存环+基于角色散机制的调制反调制”的产生方式,在亮度、通量、调节范围、轨道和辐射稳定性等方面,将满足用户更加多样、严苛的需求。

基于高功率激光和高能粒子束相结合的装置,会为探索强场QED真空、QED等离子体等重大基础科学问题提供条件,甚至有望开拓全新的科研领域。

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墨子是我国古代著名的思想家、科学家,其思想和成就是我国早期科学萌芽的体现,“墨子沙龙”的建立,旨在传承、发扬科学传统,建设崇尚科学的社会氛围,提升公民科学素养,倡导、弘扬科学精神。科普对象为热爱科学、有探索精神和好奇心的普通公众,我们希望能让具有中学同等学力及以上的公众了解、欣赏到当下全球最尖端的科学进展、科学思想。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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