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“不再犹豫”,是谁为中国第一台大科学装置一锤定音?

2019-12-20 08:17:01  来源:央视网  作者:李慧 张莉
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  2015年秋天,中国地质大学(北京)的邢立达博士在一个琥珀商那里看到了一块琥珀。“他告诉我这里面有棵植物还是什么怪东西,我一看,还真像一棵黑乎乎的扫帚菜。”

  这棵其貌不扬的“扫帚菜”于2016年12月8日登上了著名生物学期刊《当代生物学》,引发了国际古生物学术界的震动。

  它的出现,生逢其时;它的认定,离不开中国的大科学装置。

  细数近年来的重大科学发现,从亿万光年之外的宇宙星辰,到组成世界的基本粒子,科学发现与技术创新越来越离不开功能强大的大科学装置。

  “重大突破科研仪器先行”,我们的大科学时代踏浪而来。

  从1到48% 打开大科学“魔匣”

  好奇心是科学之母。

  邢立达仔细观察“扫帚菜”的结构,发现了带有羽枝和羽轴的羽毛结构,辨识出这是一块动物化石。然而,他并不能确定它来自于什么动物?

  “由于化石包裹在琥珀内部,无法完整地剥离开来,需要采取无损的方法进行分析研究。”

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  这是人类首次在琥珀中发现恐龙。视觉中国

  如何进行无损分析呢?北京同步辐射装置(BSRF)、上海同步辐射装置等大科学装置派上了用场。通过对CT数据的重建、分割和融合,科学家们成功地得到了隐藏在羽毛内部的尾部脊椎的高清3D形态。

  原来,这棵“扫帚菜”是来自非鸟恐龙的一段尾巴,并且属于一只全长只有18.5厘米的小恐龙。这是有史以来人类发现的第一件琥珀中的恐龙标本,也是人类迄今为止发现的最鲜活的恐龙形态。

  “100多年来诺贝尔物理学奖的成果,大概1950年以前,只有1项来自大科学装置。到1970年以后,就有超过40%来自大科学装置,比如天文望远镜或者科学卫星、加速器等等。到了1990年以后,这一比例高达48%。”对于大科学装置催生世界一流科研成果的重要性,中国科学院国家空间科学中心原主任吴季曾有过这样一番调研。

  而中国更需要建造自己的大科学装置——中国的科学研究已经到达从量变到质变的关口,正在实现从跟踪到并行再到领跑的转变,中国科学家要做出从0到1的原创性成果,走上国际科学前沿,必须发展自己的大科学装置。

  它们,为我们打开好奇心的“魔匣”,迎来一个科技创新爆发的新时代。

  “我赞成加以批准,不再犹豫”

  2016年9月4日,中国科学院院士、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁发文表态:中国今天不宜建造超大对撞机。而中国科学院院士、高能物理研究所所长王贻芳当即发文反驳——“中国今天应该建造大型对撞机!”

  两位中国顶级科学家的对峙让科学界关于建造大型对撞机的争论出圈成为公共话题。

  质疑,铺就了科学的进阶之路,也设置了科学进阶的门槛。

  1988年10月24日,中国第一台高能加速器、第一台大科学装置——北京正负电子对撞机(BEPC)建成。当日,位于北京市玉泉路的中科院高能所大院内一派热闹景象。然而前溯30年,BEPC却经历了“七上七下”的难产过程。

  1958年,在苏联专家的指导下,中国已设计出了20亿电子伏电子同步加速器,但当时这一设计因“保守落后”被否。

  1960年,中国科学家完成了螺旋线回旋加速器的初步设计方案,又因经济困难被取消。

  1965年,中国科学家第四次提出了建造质子同步加速器的方案,却又因故暂停。

  1969年,中国科学家提出建造强流直线加速器用于探索、研究、生产核燃料的计划,可计划在与另两个方案的争论中无疾而终。

  1972年,在18位中国科学家联名上书中央后,国务院批准了“七五三”工程,计划10年内建造一台400亿电子伏质子同步加速器,然而计划却再度搁浅。

  1977年,“八七工程”诞生,计划投资7亿元人民币,在1987年建成4000亿电子伏质子同步加速器。但1980年年底,国民经济调整,方案又一次下马。

  直到1981年12月,邓小平同志批示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”建造BEPC终于提上日程,并于1988年建成。

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  从外形上看,BEPC就像一个巨大的羽毛球拍。视觉中国

  这个从外形上看就像一个巨大的羽毛球拍的BEPC,由注入器、储存环、北京谱仪和同步辐射装置四大部分组成,占地5万平方米。资料显示,总投资为2.4亿元(1984年)。

  2.4亿元,这个当时的“天文数字”如今看来投入所得真是“物超所值”。

  30年来,在BEPC的基础上,中科院高能所开拓了中微子研究领域,利用大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子新的振荡模式,并开始了江门中微子实验的建设;中国在高海拔和空间宇宙线实验、暗物质探测、X射线天体物理研究等方面也取得长足的进步,“慧眼”卫星得以遨游太空。

  此外,在BEPC的技术带动下,兰州重离子加速器、合肥同步辐射加速器等大型加速器在全国相继建成,包括用于无损分析“扫帚菜”的BSRF。

  不仅如此,BEPC和BEPCⅡ还带动了高稳定电源、高性能磁铁、精密机械、计算机自动控制等高新技术的发展,这些技术的产业化对我国广播通信、航空、医疗等领域都作出了重要贡献。

  “它让中国在国际高能物理领域占领一席之地,培养了一支具有国际水平的队伍,也推动了国内其他大科学装置的建设。”

  这就是王贻芳逐条反驳杨振宁,坚持研发建造新一代大型对撞机——环形正负电子对撞机(CEPC)的底气和动力。他在文中写道:“当年的困难比起今天的CEPC,只大不小。相信我们不会一代不如一代,有信心、能力和勇气独立完成CEPC。”

  “做前人没有做过的事情”

  1998年9月25日,国家天文台发现了一颗国际永久编号为“79694”的小行星。“79694”被发现整整18年后,2016年9月25日,500米口径球面射电望远镜(FAST)正式落成启用。

  2018年9月25日,经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,“79694”被正式命名为“南仁东星”。

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  “中国天眼” 视觉中国

  “天上多了颗‘南仁东星’”,而地上多了一只“中国天眼”。

  1993年,南仁东在日本参加了一个国际无线电科学联盟大会。大会提出,在全球电波环境继续恶化之前,建造新一代射电望远镜。南仁东坐不住了,他对同事们说:“咱们也建一个吧。”

  这个构想,历经12年艰辛的勘址之路,跟随南仁东一个个脚印,踏过80多个深山洼地后,最终在贵州平塘大窝凼化为现实。

  当年近50的南仁东带着团队在深山老林里为FAST选址的时候,1996年26岁硕士毕业的潘建伟,经导师推荐赴奥地利留学,师从量子实验研究的前沿科学家塞林格,一头扎进了量子信息学科的研究。

  “你的目标是什么?”

  “我想要在中国建一个和您实验室一样的世界领先的量子物理实验室。”

  他的梦想也实现了。27岁,潘建伟以第二作者参与的科研成果入选美国《科学》杂志“年度全球十大科技进展”;31岁,他回到中国科技大学建立量子物理和量子信息实验室;46岁,他从习近平主席的手中接过2015年度国家自然科学奖一等奖的证书…

  2016年8月16日——央视文化节目《朗读者》把这个日子列为潘建伟的第一个纪念日。这一天的凌晨1点40分,全球首颗量子科学实验卫星从酒泉卫星发射中心发射场成功发射。

  一个多月后,2016年9月25日,已罹患肺癌的南仁东依然带病工作,坚持从北京飞赴贵州,亲眼见证自己耗费22年心血的大科学工程FAST落成。

  大科学时代需要大科学装置,大科学装置更需要大科学家。王贻芳说:“我们对科学的训练,对科学家的训练,一个最基本的要求,是训练他去做前人没有做过的事情。”

  加强核心技术攻关,是历史的告诫,更是中国加速迈向制造强国的必然选择。

  截至目前,我国已建成运行29个大科学装置。高海拔宇宙线观测站、地球系统数值模拟装置等一批具有国际先进水平的重大科技基础设施也陆续开建,原始创新活力正在不断被激发。(文/李慧 张莉)

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