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“不再猶豫”,是誰為中國第一臺大科學裝置一錘定音?

2019-12-20 08:17:01  來源:央視網  作者:李慧 張莉
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  2015年秋天,中國地質大學(北京)的邢立達博士在一個琥珀商那里看到了一塊琥珀。“他告訴我這里面有棵植物還是什么怪東西,我一看,還真像一棵黑乎乎的掃帚菜。”

  這棵其貌不揚的“掃帚菜”于2016年12月8日登上了著名生物學期刊《當代生物學》,引發了國際古生物學術界的震動。

  它的出現,生逢其時;它的認定,離不開中國的大科學裝置。

  細數近年來的重大科學發現,從億萬光年之外的宇宙星辰,到組成世界的基本粒子,科學發現與技術創新越來越離不開功能強大的大科學裝置。

  “重大突破科研儀器先行”,我們的大科學時代踏浪而來。

  從1到48% 打開大科學“魔匣”

  好奇心是科學之母。

  邢立達仔細觀察“掃帚菜”的結構,發現了帶有羽枝和羽軸的羽毛結構,辨識出這是一塊動物化石。然而,他并不能確定它來自于什么動物?

  “由于化石包裹在琥珀內部,無法完整地剝離開來,需要采取無損的方法進行分析研究。”

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  這是人類首次在琥珀中發現恐龍。視覺中國

  如何進行無損分析呢?北京同步輻射裝置(BSRF)、上海同步輻射裝置等大科學裝置派上了用場。通過對CT數據的重建、分割和融合,科學家們成功地得到了隱藏在羽毛內部的尾部脊椎的高清3D形態。

  原來,這棵“掃帚菜”是來自非鳥恐龍的一段尾巴,并且屬于一只全長只有18.5厘米的小恐龍。這是有史以來人類發現的第一件琥珀中的恐龍標本,也是人類迄今為止發現的最鮮活的恐龍形態。

  “100多年來諾貝爾物理學獎的成果,大概1950年以前,只有1項來自大科學裝置。到1970年以后,就有超過40%來自大科學裝置,比如天文望遠鏡或者科學衛星、加速器等等。到了1990年以后,這一比例高達48%。”對于大科學裝置催生世界一流科研成果的重要性,中國科學院國家空間科學中心原主任吳季曾有過這樣一番調研。

  而中國更需要建造自己的大科學裝置——中國的科學研究已經到達從量變到質變的關口,正在實現從跟蹤到并行再到領跑的轉變,中國科學家要做出從0到1的原創性成果,走上國際科學前沿,必須發展自己的大科學裝置。

  它們,為我們打開好奇心的“魔匣”,迎來一個科技創新爆發的新時代。

  “我贊成加以批準,不再猶豫”

  2016年9月4日,中國科學院院士、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧發文表態:中國今天不宜建造超大對撞機。而中國科學院院士、高能物理研究所所長王貽芳當即發文反駁——“中國今天應該建造大型對撞機!”

  兩位中國頂級科學家的對峙讓科學界關于建造大型對撞機的爭論出圈成為公共話題。

  質疑,鋪就了科學的進階之路,也設置了科學進階的門檻。

  1988年10月24日,中國第一臺高能加速器、第一臺大科學裝置——北京正負電子對撞機(BEPC)建成。當日,位于北京市玉泉路的中科院高能所大院內一派熱鬧景象。然而前溯30年,BEPC卻經歷了“七上七下”的難產過程。

  1958年,在蘇聯專家的指導下,中國已設計出了20億電子伏電子同步加速器,但當時這一設計因“保守落后”被否。

  1960年,中國科學家完成了螺旋線回旋加速器的初步設計方案,又因經濟困難被取消。

  1965年,中國科學家第四次提出了建造質子同步加速器的方案,卻又因故暫停。

  1969年,中國科學家提出建造強流直線加速器用于探索、研究、生產核燃料的計劃,可計劃在與另兩個方案的爭論中無疾而終。

  1972年,在18位中國科學家聯名上書中央后,國務院批準了“七五三”工程,計劃10年內建造一臺400億電子伏質子同步加速器,然而計劃卻再度擱淺。

  1977年,“八七工程”誕生,計劃投資7億元人民幣,在1987年建成4000億電子伏質子同步加速器。但1980年年底,國民經濟調整,方案又一次下馬。

  直到1981年12月,鄧小平同志批示:“我贊成加以批準,不再猶豫。”建造BEPC終于提上日程,并于1988年建成。

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  從外形上看,BEPC就像一個巨大的羽毛球拍。視覺中國

  這個從外形上看就像一個巨大的羽毛球拍的BEPC,由注入器、儲存環、北京譜儀和同步輻射裝置四大部分組成,占地5萬平方米。資料顯示,總投資為2.4億元(1984年)。

  2.4億元,這個當時的“天文數字”如今看來投入所得真是“物超所值”。

  30年來,在BEPC的基礎上,中科院高能所開拓了中微子研究領域,利用大亞灣反應堆中微子實驗發現了中微子新的振蕩模式,并開始了江門中微子實驗的建設;中國在高海拔和空間宇宙線實驗、暗物質探測、X射線天體物理研究等方面也取得長足的進步,“慧眼”衛星得以遨游太空。

  此外,在BEPC的技術帶動下,蘭州重離子加速器、合肥同步輻射加速器等大型加速器在全國相繼建成,包括用于無損分析“掃帚菜”的BSRF。

  不僅如此,BEPC和BEPCⅡ還帶動了高穩定電源、高性能磁鐵、精密機械、計算機自動控制等高新技術的發展,這些技術的產業化對我國廣播通信、航空、醫療等領域都作出了重要貢獻。

  “它讓中國在國際高能物理領域占領一席之地,培養了一支具有國際水平的隊伍,也推動了國內其他大科學裝置的建設。”

  這就是王貽芳逐條反駁楊振寧,堅持研發建造新一代大型對撞機——環形正負電子對撞機(CEPC)的底氣和動力。他在文中寫道:“當年的困難比起今天的CEPC,只大不小。相信我們不會一代不如一代,有信心、能力和勇氣獨立完成CEPC。”

  “做前人沒有做過的事情”

  1998年9月25日,國家天文臺發現了一顆國際永久編號為“79694”的小行星。“79694”被發現整整18年后,2016年9月25日,500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)正式落成啟用。

  2018年9月25日,經國際天文學聯合會小天體命名委員會批準,“79694”被正式命名為“南仁東星”。

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  “中國天眼” 視覺中國

  “天上多了顆‘南仁東星’”,而地上多了一只“中國天眼”。

  1993年,南仁東在日本參加了一個國際無線電科學聯盟大會。大會提出,在全球電波環境繼續惡化之前,建造新一代射電望遠鏡。南仁東坐不住了,他對同事們說:“咱們也建一個吧。”

  這個構想,歷經12年艱辛的勘址之路,跟隨南仁東一個個腳印,踏過80多個深山洼地后,最終在貴州平塘大窩凼化為現實。

  當年近50的南仁東帶著團隊在深山老林里為FAST選址的時候,1996年26歲碩士畢業的潘建偉,經導師推薦赴奧地利留學,師從量子實驗研究的前沿科學家塞林格,一頭扎進了量子信息學科的研究。

  “你的目標是什么?”

  “我想要在中國建一個和您實驗室一樣的世界領先的量子物理實驗室。”

  他的夢想也實現了。27歲,潘建偉以第二作者參與的科研成果入選美國《科學》雜志“年度全球十大科技進展”;31歲,他回到中國科技大學建立量子物理和量子信息實驗室;46歲,他從習近平主席的手中接過2015年度國家自然科學獎一等獎的證書…

  2016年8月16日——央視文化節目《朗讀者》把這個日子列為潘建偉的第一個紀念日。這一天的凌晨1點40分,全球首顆量子科學實驗衛星從酒泉衛星發射中心發射場成功發射。

  一個多月后,2016年9月25日,已罹患肺癌的南仁東依然帶病工作,堅持從北京飛赴貴州,親眼見證自己耗費22年心血的大科學工程FAST落成。

  大科學時代需要大科學裝置,大科學裝置更需要大科學家。王貽芳說:“我們對科學的訓練,對科學家的訓練,一個最基本的要求,是訓練他去做前人沒有做過的事情。”

  加強核心技術攻關,是歷史的告誡,更是中國加速邁向制造強國的必然選擇。

  截至目前,我國已建成運行29個大科學裝置。高海拔宇宙線觀測站、地球系統數值模擬裝置等一批具有國際先進水平的重大科技基礎設施也陸續開建,原始創新活力正在不斷被激發。(文/李慧 張莉)

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