“就算隔著十萬(wàn)大山與江河湖海，哪怕站在世界的兩端，你對(duì)我的吸引，都如此清晰，我對(duì)你的思念，都一直存在。”你可能認(rèn)為，這僅僅是一句描繪愛情的詩(shī)句，但在之江實(shí)驗(yàn)室量子傳感研究中心的科研人員眼中，測(cè)算出這種極微小的吸引力，就是他們努力的目標(biāo)。

“只要是有質(zhì)量的兩個(gè)物體，相互之間就會(huì)產(chǎn)生引力。如果兩個(gè)成年人正好站在地球相對(duì)應(yīng)的兩端，那么他們之間所產(chǎn)生的引力大約是10-21N量級(jí)。現(xiàn)在我們研制的極弱力測(cè)量科學(xué)裝置，能夠穩(wěn)定測(cè)量出比上述情形還要小得多的極弱力?！敝瓕?shí)驗(yàn)室量子傳感研究中心副主任高曉文說(shuō)。

(資料圖片僅供參考)

前不久，之江實(shí)驗(yàn)室在成立5周年之際，發(fā)布了一系列重大科研成果。其中，由之江實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合浙江大學(xué)等共同設(shè)計(jì)研制、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代基于光動(dòng)量效應(yīng)的極弱力測(cè)量科學(xué)裝置受到關(guān)注。據(jù)項(xiàng)目組介紹，經(jīng)過(guò)與目前全球相關(guān)領(lǐng)域的公開指標(biāo)對(duì)比以及專家驗(yàn)收測(cè)試，該裝置的核心性能指標(biāo)已居全球領(lǐng)先水平。

“沒有測(cè)量，便沒有科學(xué)”

力，是體現(xiàn)和反映客觀世界物質(zhì)相互作用的基本形式之一?？梢哉f(shuō)，人類對(duì)客觀世界基本運(yùn)行規(guī)律的認(rèn)知，是建立在對(duì)力的準(zhǔn)確描述上的，也由此誕生了一系列偉大的物理理論，包括描述引力的廣義相對(duì)論和描述電磁強(qiáng)、弱相互作用的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。前者作為經(jīng)典理論，描述了一切宏觀引力現(xiàn)象；后者作為量子理論，描述了微觀領(lǐng)域其他三種基本相互作用。

門捷列夫曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“科學(xué)始于測(cè)量。沒有測(cè)量，便沒有科學(xué)?！爆F(xiàn)代科學(xué)既是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，也是測(cè)量科學(xué)，是理論和實(shí)驗(yàn)相互促進(jìn)相互發(fā)展的產(chǎn)物，前沿理論指引科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方向，催生更精密的力學(xué)測(cè)量裝置，而更精密的力學(xué)測(cè)量裝置和實(shí)驗(yàn)反過(guò)來(lái)又可以去檢驗(yàn)更深層的理論。

18世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許利用機(jī)械式扭稱實(shí)現(xiàn)了10-7N的測(cè)量精度，完成了對(duì)牛頓萬(wàn)有引力定律的驗(yàn)證，推動(dòng)了經(jīng)典力學(xué)在近300年內(nèi)對(duì)科學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)。20世紀(jì)七八十年代，原子力顯微鏡、液體光鑷等發(fā)明，將力測(cè)量能力提升到了10-12量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)DNA、蛋白質(zhì)的解折疊與折疊，分子間化學(xué)鍵斷裂過(guò)程的力學(xué)探測(cè)，提升了人類在單分子層面對(duì)材料、生物、化學(xué)等的認(rèn)知。

當(dāng)前世界科學(xué)界最前沿的幾個(gè)問(wèn)題，都離不開對(duì)力的研究。例如，基于大量天文運(yùn)行數(shù)據(jù)，理論物理學(xué)家和天文學(xué)家們指出，在宇宙空間中應(yīng)充斥著大量看不見、摸不著的暗物質(zhì)、暗能量，對(duì)暗物質(zhì)、暗能量的探測(cè)和檢驗(yàn)是宇宙物理學(xué)的重大命題。

“提升力精密測(cè)量的能力，能為人類不斷探索科學(xué)規(guī)律、認(rèn)知客觀世界提供有力的科研利器?！备邥晕慕榻B，“希望我們研制的極弱力測(cè)量科學(xué)裝置及相關(guān)核心技術(shù)，能夠在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用，為重大科學(xué)問(wèn)題研究作出貢獻(xiàn)?！?/p>

地下17米的別樣科研

前不久，中青報(bào)·中青網(wǎng)記者獲得批準(zhǔn)，參觀極弱力測(cè)量科學(xué)裝置。

搭乘電梯到達(dá)地下，穿上潔凈服，戴上激光防護(hù)眼鏡，穿過(guò)一條長(zhǎng)長(zhǎng)的走廊，記者進(jìn)入開闊的地下實(shí)驗(yàn)室。這里看起來(lái)和一般的實(shí)驗(yàn)室區(qū)別不大，一些年輕的科研人員在電腦前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。光學(xué)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)裝置，體積也并不龐大，只是實(shí)驗(yàn)裝置上方多了些遮光設(shè)備。

科研人員告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，這里是在地下17米的深處。為了達(dá)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境要求，實(shí)驗(yàn)裝置連同光學(xué)平臺(tái)要單獨(dú)放置在獨(dú)立隔振基座上，隔振基座直接構(gòu)建在地下基巖上，這樣的設(shè)計(jì)為精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)提供了理想的隔振條件。

之江實(shí)驗(yàn)室量子傳感研究中心最早的員工之一、年輕的副研究員傅振海介紹了裝置的工作原理——利用高聚焦激光束，將一個(gè)納米小球懸浮在真空腔中，通過(guò)光學(xué)干涉等技術(shù)“觀察”小球軌跡的變化，來(lái)測(cè)量小球受力的大小。

事實(shí)上，哪怕極其輕微的震動(dòng)，都會(huì)讓納米小球的位置發(fā)生巨大變化?？蒲腥藛T透露，因?yàn)檫@項(xiàng)科學(xué)研究，原本要通過(guò)之江實(shí)驗(yàn)室的地鐵，在設(shè)計(jì)階段就繞了一個(gè)大彎，被安排到離之江實(shí)驗(yàn)室?guī)坠锿獾牡胤健?/p>

不僅如此，為了盡可能避開環(huán)境干擾，多數(shù)實(shí)驗(yàn)都要等到夜深人靜時(shí)才開始。項(xiàng)目組一位科研人員的女朋友，通常在下班后從市區(qū)趕到之江實(shí)驗(yàn)室，兩人趁食堂收攤前一起簡(jiǎn)單吃個(gè)晚飯；晚飯過(guò)后讓女朋友在辦公室等，而科研人員跑去地下17米深處做實(shí)驗(yàn)。幸好，這個(gè)故事有一個(gè)美滿的結(jié)尾，兩人最后喜結(jié)連理。

“取得世界領(lǐng)先的技術(shù)指標(biāo)令人欣喜，這背后是實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)團(tuán)隊(duì)和我們科研伙伴們共同努力的結(jié)果?！备邥晕幕貞?，他和傅振海第一次抓到納米小球是在一個(gè)塑料瓶里。

團(tuán)隊(duì)剛剛組建的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境還很簡(jiǎn)陋，當(dāng)時(shí)只有一個(gè)激光器和兩個(gè)鏡子，他們嘗試去捕獲小球，但怎么也“抓”不起來(lái)，他們分析是缺少一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的氣流環(huán)境。靈機(jī)一動(dòng)，他們用空的礦泉水瓶做了一個(gè)腔，嘗試在礦泉水瓶中釋放納米小球，最后竟然真的成功抓到了小球。

高曉文說(shuō)，“那是第一次抓到小球，當(dāng)天晚上我們就去聚餐了，萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出了第一步?！倍鵀榱藢⒓{米尺寸的小球高效穩(wěn)定地懸浮在超高真空光阱中，項(xiàng)目組李翠紅副研究員和同事一起找遍國(guó)內(nèi)外小球樣品，探索小球的制備技術(shù)，構(gòu)建小球知識(shí)庫(kù)，目前已成功實(shí)現(xiàn)接近100%的納米球高真空成功捕獲率。

“優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境直接提升了我們的研究效率，之江實(shí)驗(yàn)室在智能計(jì)算和人工智能領(lǐng)域的科研優(yōu)勢(shì)，幫助我們構(gòu)建了獨(dú)具特色的傳感單元預(yù)處理工藝、捕獲表征算法和單電荷精度調(diào)節(jié)手段，并最終形成了極弱力測(cè)量特色技術(shù)群，具備了支撐科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等多方面的技術(shù)能力?！备邥晕谋硎尽?/p>

“高原造峰”和“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”

在量子研究領(lǐng)域，目前主要有量子傳感、量子通信、量子計(jì)算三個(gè)研究方向。2019年7月，基于光動(dòng)量效應(yīng)的極弱力測(cè)量科學(xué)裝置，作為之江實(shí)驗(yàn)室第一批重大科學(xué)裝置立項(xiàng)建設(shè)，之江實(shí)驗(yàn)室由此開啟量子傳感方向的探索。

裝置立項(xiàng)之初，之江實(shí)驗(yàn)室便快速聚集了領(lǐng)域內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研機(jī)構(gòu)共同參與研究和建設(shè)，高曉文、傅振海、李翠紅等人由此從各個(gè)高校和科研院所匯聚到之江實(shí)驗(yàn)室。

“我在浙江大學(xué)讀博期間，跟隨導(dǎo)師開始了極弱力測(cè)量裝置的前期研究，并搭建了最初的實(shí)驗(yàn)裝置原型。之江實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)裝置建設(shè)項(xiàng)目后，我就和團(tuán)隊(duì)一起加入之江，與該研究領(lǐng)域內(nèi)的頂尖科學(xué)家們一起，共同沖擊更高的極弱力測(cè)量目標(biāo)?！备邥晕恼f(shuō)。

這樣的“之江速度”，得益于實(shí)驗(yàn)室主任朱世強(qiáng)一直倡導(dǎo)的“高原造峰”創(chuàng)新模式和“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”科研組織模式。短短3年，高曉文和團(tuán)隊(duì)伙伴們?nèi)找构リP(guān)，突破了多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，裝置的核心性能指標(biāo)也實(shí)現(xiàn)了“三級(jí)跳”，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

“我們已經(jīng)建立了一支極具戰(zhàn)斗力的研究團(tuán)隊(duì)，年輕人在科研實(shí)戰(zhàn)中快速成長(zhǎng)，已經(jīng)具備了支撐科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等多方面的能力?！备邥晕恼f(shuō)。

在高曉文看來(lái)，此次成功研制新一代極弱力測(cè)量科學(xué)裝置是團(tuán)隊(duì)邁向更廣闊科研領(lǐng)域的基石，更多高水平科研成果正在等待他們?nèi)ナ斋@。據(jù)了解，項(xiàng)目組目前已經(jīng)借助新一代極弱力測(cè)量科學(xué)裝置，陸續(xù)啟動(dòng)關(guān)于非牛頓力、卡西米爾力、弱力計(jì)量、宏觀量子態(tài)、微觀熱力學(xué)、高頻引力波等前沿科學(xué)領(lǐng)域的研究工作。

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 蔣雨彤 通訊員 周立超 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)