中国大科学装置发出世界最强极紫外光

  冬日的辽东半岛,海风凛冽刺骨。位于大连这座滨海城市西侧的长兴岛,因四面环海,人口稀少,更显得肃杀、冷清。但就在这里,一项新的世界纪录刚刚诞生。

  1月15日,我国最新一代光源“极紫外自由电子激光装置”,即“大连光源”,发出了世界最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲产生140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。

  中国科学院副院长王恩哥评价这一成果时说,这是该院乃至我国又一项具有极高显示度的重大科技成果。“大连光源”中90%的仪器设备由我国自主研发,标志着我国在这一领域占据了世界领先地位。

  更值得一提的是,该装置由中科院大连化学物理研究所和中科院上海应用物理研究所联合研制,开创了我国科学研究专家与大科学装置研制专家成功合作的先例。近日,中国青年报中青在线记者走进“大连光源”,采访有关专家进行揭秘。

  在大连长兴岛,“大连光源”躺在一个长达100多米的隧道里。在这里,最常见的就是各种灯光闪烁的实验仪器,以及各类如同爬山虎般顺着架子连接着仪器的线缆,当然,还有各种看不见的“光”。

  现实中,人们接触最多的“光”,怕是手机屏幕、电脑电视屏幕发出的光,还有白炽灯、霓虹灯的光,白天的太阳光,夜里的月光,以及大自然中水母、萤火虫发出的光,等等。那么,光的本质究竟是什么?

  ——近代物理已经证明了这一点,并且发现光这种“电磁波”,还是人类认识和感知物质世界,探测原子和分子等微观世界的最重要工具。

  比如,对于声音和图像,人类可以通过麦克风和摄像头转换成“电”信号,然后进行处理和传输。同样地,对于物质世界中的原子和分子,如果要“看到”它们,也只需要将其转换成易于识别和处理的“电”信号。

  一个最直接的方法,就是将原子或分子中的电子“打”出来,让原子、分子变成带有正电荷的离子,带正电的离子击打在探测器上,就会形成“电”信号。如此,科学家就可以灵敏地探测即“看到”微观世界。

  这其中的关键点,即将原子或分子中的电子“打”出来。不过,并非所有的“光”都能实现这一点。“极紫外光”是其中一种。

  根据中科院大连化物所研究员戴东旭的说法,光(电磁波)本身带有能量,其波长越短,能量就越高。也因此,它分为可见光和不可见光,后者包括紫外光、红外光、X光,即人们通常所说的紫外线、红外线、X射线。

  可见光的能量算是小的。其波长大致处于400~700纳米之间,可以刺激人的视觉细胞产生信号。

  波长小于可见光的紫外光,因为能量高,会对人体产生危害,比如320~400纳米和270~320纳米之间的紫外光。

  不过,当波长短到100纳米附近时,光所具备的能量,足以电离一个原子或分子而又不会把分子打碎,这个波段的光,被科学家称为“极紫外光”。

  “大连光源”就是要造出这种“光”。一旦造出,就是人类探测微观世界的一把利器。

  “大连光源”总负责人、中科院大连化物所副所长杨学明院士讲了一个故事:19世纪末有人问,马在奔跑时,究竟有没有四蹄同时离地的瞬间?一时间众说纷纭,因为仅靠人眼观察,实在无法判断。直到有人设计出一套连续拍照的装置,将马连续奔跑的过程“分解”为一帧帧照片,才得出了结论。

  杨学明说,要研究物质是如何变化、运动的,最好的方式就是将过程“记录”下来,能够让人们清楚地“看到”。如今,随着人类对自然

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