“就算隔著十萬大山與江河湖海，哪怕站在世界的兩端，你對我的吸引，都如此清晰，我對你的思念，都一直存在?！蹦憧赡苷J為，這僅僅是一句描繪愛情的詩句，但在之江實驗室量子傳感研究中心的科研人員眼中，測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)量的兩個物體，相互之間就會產(chǎn)生引力。如果兩個成年人正好站在地球相對應(yīng)的兩端，那么他們之間所產(chǎn)生的引力大約是10-21N量級。現(xiàn)在我們研制的極弱力測量科學(xué)裝置，能夠穩(wěn)定測量出比上述情形還要小得多的極弱力?！敝瓕嶒炇伊孔觽鞲醒芯恐行母敝魅胃邥晕恼f。

(資料圖片僅供參考)

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

“沒有測量，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，人類對客觀世界基本運行規(guī)律的認知，是建立在對力的準(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論和描述電磁強、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)說過，“科學(xué)始于測量。沒有測量，便沒有科學(xué)?！爆F(xiàn)代科學(xué)既是實驗科學(xué)，也是測量科學(xué)，是理論和實驗相互促進相互發(fā)展的產(chǎn)物，前沿理論指引科學(xué)實驗的方向，催生更精密的力學(xué)測量裝置，而更精密的力學(xué)測量裝置和實驗反過來又可以去檢驗更深層的理論。

18世紀(jì)，英國物理學(xué)家卡文迪許利用機械式扭稱實現(xiàn)了10-7N的測量精度，完成了對牛頓萬有引力定律的驗證，推動了經(jīng)典力學(xué)在近300年內(nèi)對科學(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，將力測量能力提升到了10-12量級，可以實現(xiàn)DNA、蛋白質(zhì)的解折疊與折疊，分子間化學(xué)鍵斷裂過程的力學(xué)探測，提升了人類在單分子層面對材料、生物、化學(xué)等的認知。

當(dāng)前世界科學(xué)界最前沿的幾個問題，都離不開對力的研究。例如，基于大量天文運行數(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，對暗物質(zhì)、暗能量的探測和檢驗是宇宙物理學(xué)的重大命題。

“提升力精密測量的能力，能為人類不斷探索科學(xué)規(guī)律、認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)問題研究作出貢獻?！?/p>

地下17米的別樣科研

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

搭乘電梯到達地下，穿上潔凈服，戴上激光防護眼鏡，穿過一條長長的走廊，記者進入開闊的地下實驗室。這里看起來和一般的實驗室區(qū)別不大，一些年輕的科研人員在電腦前監(jiān)測數(shù)據(jù)。光學(xué)平臺上的實驗裝置，體積也并不龐大，只是實驗裝置上方多了些遮光設(shè)備。

科研人員告訴中青報·中青網(wǎng)記者，這里是在地下17米的深處。為了達到科學(xué)實驗的環(huán)境要求，實驗裝置連同光學(xué)平臺要單獨放置在獨立隔振基座上，隔振基座直接構(gòu)建在地下基巖上，這樣的設(shè)計為精密測量實驗提供了理想的隔振條件。

之江實驗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，將一個納米小球懸浮在真空腔中，通過光學(xué)干涉等技術(shù)“觀察”小球軌跡的變化，來測量小球受力的大小。

事實上，哪怕極其輕微的震動，都會讓納米小球的位置發(fā)生巨大變化?？蒲腥藛T透露，因為這項科學(xué)研究，原本要通過之江實驗室的地鐵，在設(shè)計階段就繞了一個大彎，被安排到離之江實驗室?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)實驗都要等到夜深人靜時才開始。項目組一位科研人員的女朋友，通常在下班后從市區(qū)趕到之江實驗室，兩人趁食堂收攤前一起簡單吃個晚飯；晚飯過后讓女朋友在辦公室等，而科研人員跑去地下17米深處做實驗。幸好，這個故事有一個美滿的結(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，這背后是實驗室條件建設(shè)團隊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塑料瓶里。

團隊剛剛組建的時候，實驗設(shè)備、環(huán)境還很簡陋，當(dāng)時只有一個激光器和兩個鏡子，他們嘗試去捕獲小球，但怎么也“抓”不起來，他們分析是缺少一個相對穩(wěn)定的氣流環(huán)境。靈機一動，他們用空的礦泉水瓶做了一個腔，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，“那是第一次抓到小球，當(dāng)天晚上我們就去聚餐了，萬里長征邁出了第一步?！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，項目組李翠紅副研究員和同事一起找遍國內(nèi)外小球樣品，探索小球的制備技術(shù)，構(gòu)建小球知識庫，目前已成功實現(xiàn)接近100%的納米球高真空成功捕獲率。

“優(yōu)質(zhì)的實驗環(huán)境直接提升了我們的研究效率，之江實驗室在智能計算和人工智能領(lǐng)域的科研優(yōu)勢，幫助我們構(gòu)建了獨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。”高曉文表示。

“高原造峰”和“大兵團作戰(zhàn)”

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

裝置立項之初，之江實驗室便快速聚集了領(lǐng)域內(nèi)優(yōu)勢科研機構(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高校和科研院所匯聚到之江實驗室。

“我在浙江大學(xué)讀博期間，跟隨導(dǎo)師開始了極弱力測量裝置的前期研究，并搭建了最初的實驗裝置原型。之江實驗室啟動裝置建設(shè)項目后，我就和團隊一起加入之江，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量目標(biāo)?！备邥晕恼f。

這樣的“之江速度”，得益于實驗室主任朱世強一直倡導(dǎo)的“高原造峰”創(chuàng)新模式和“大兵團作戰(zhàn)”科研組織模式。短短3年，高曉文和團隊伙伴們?nèi)找构リP(guān)，突破了多項核心關(guān)鍵技術(shù)，裝置的核心性能指標(biāo)也實現(xiàn)了“三級跳”，達到了國際領(lǐng)先水平。

“我們已經(jīng)建立了一支極具戰(zhàn)斗力的研究團隊，年輕人在科研實戰(zhàn)中快速成長，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。

在高曉文看來，此次成功研制新一代極弱力測量科學(xué)裝置是團隊邁向更廣闊科研領(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，項目組目前已經(jīng)借助新一代極弱力測量科學(xué)裝置，陸續(xù)啟動關(guān)于非牛頓力、卡西米爾力、弱力計量、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·中青網(wǎng)記者 蔣雨彤 通訊員 周立超 來源：中國青年報