中国启动建设全球首个综合极端条件实验装置

我国启动建设全球首个综合极端条件实验装置

大科学装置将有大作为

由中国科学院物理研究所等建设的综合极端条件实验装置，日前在北京市怀柔科学城正式开工。该工程拟通过5年左右时间，建成国际上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置，极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。

利用综合极端条件实验装置，可以人为实现“超低温”“超高压”，以及“超强磁场”和“超快光场”

任何物质都是在一定的物理条件下形成的，通过使物理实验条件达到极端状态，可以形成许多在常规物理条件下不能得到的新物质和新物态。

项目首席科学家、中科院物理研究所研究员吕力说：“比如，极低温可以抑制物质中电子、原子的无规运动；强磁场作为可以调控的热力学参量，能够改变物质的内部能量；超高压可以有效缩短物质的原子间距，增加相邻电子轨道的重叠，从而改变物质的晶体结构，以及原子间的相互作用，形成全新的物质状态；超快激光则具有无与伦比的超快时间特性，快速变化的光场是人们能够操作并且控制的最快物理量。”

然而，地球的环境实际上是一个比较温和的环境，适合生物的生存，温度涨幅不是很大，磁场也不是很强，但这种情况在整个宇宙中其实算特殊的。实际上，宇宙中既有极高温也有极低温，还有很强的磁场。那么，如何能在地球上实现这些物理条件和环境，从而在更大范围研究物质的状态和这个世界呢？

“这就需要我们人为地创造一些‘极端条件’。比如，在实验室中人为创造、达到、接近甚至超过目前宇宙中已经存在的各种物理条件和环境。”吕力说，“这次启动建设的综合极端条件实验装置，就是综合集成低温、高压、强磁场、超快光场等一系列配套的集群设备所构成的大型科学实验设施。”

将为非常规超导、量子材料与器件等方面的研究提供最尖端实验手段的支撑

人类文明的进步，一直依赖于工具的进步和技术的进步，比如望远镜对于天文学和物理学，显微镜对于医学和生物学的重要影响，都是不言而喻的。同样道理，综合极端条件实验装置也是如望远镜和显微镜一般重要的“利器”。

“利用综合极端条件实验装置可以使物理实验条件达到极端状态，这样一来，我们就可以发现更多新的物态，探索更多新的科学现象，开辟新的领域，从而大大拓展人类认识自然、改造自然、造福人类自身的能力。”项目首席科学家、中科院物理研究所研究员丁洪说，“事实上，从过去一二十年诺贝尔物理学奖、化学奖的得奖情况来看，不少都用到了综合极端条件。”

吕力说：“打个比方来说，如果把综合极端条件科学探索的过程比喻成探矿寻宝的过程，有了这个综合极端条件，我们就可以看得比别人更远，挖得比别人更深，那么收获也比别人更多。”

综合极端条件实验装置建成之后，将为非常规超导、拓扑物态、量子材料与器件等方面的研究提供最尖端实验手段的支撑，进而为相关材料的人工设计与制备，以及诸多科学难题的破解提供前所未有的机遇。

“举个例子，倘若科学家能利用装置做出室温超导体，电影《阿凡达》中壮观的‘悬浮山’就有望成为现实。”丁洪说。

极端条件实验手段的整体水平直接影响着我国在若干核心领域的竞争力

近年来，利用极端实验条件取得创新突破已成为科学研究发展的一种重要范式，也有大量研究成果得到了重要的实际应用。

据介绍，世界上许多发达国家或地区，如美国、欧洲、日本都在此领域投入大量的人力和物力，展开了激烈竞争。许多著名的研究机构都拥有先进的极端条件实验设施。如美国佛罗里达强磁场实验室、劳伦斯利弗莫尔和洛斯阿拉莫斯国家实验室、德国马普量子光学研究所及核物理研究所、法国格勒诺布尔的尼尔研究所和日本东京大学固体所极端条件实验室等都拥有先进的极端条件实验设施。

中科院物理研究所所长方忠认为，极端条件实验手段的整体水平直接影响着我国在若干核心领域的竞争力。“项目建设将大幅提升我国综合极端条件科学与技术研究及尖端实验设备的研制、运行能力。提升我国在相关基础研究、高技术研究领域的综合水平，促进具有重要科学研究价值甚至重大应用价值的材料特别是新型量子材料体系的发现。”

中科院副院长王恩哥表示：“未来，希望综合极端条件实验装置能够建设成为世界领先的用户装置，与相关交叉平台一起构成具有全球影响力的凝聚态物质科学研究中心。努力探索世界科学前沿，实现技术引领性突破，为把我国早日建成创新型国家做出应有的贡献。”

“该装置的主体建筑有望在2019年完工，2022年最终验收。建成后，将向国内外用户全面开放。”吕力说。