摘要：从技术及产业演进脉络角度看，超快科学以超快光源和超快探测为主要研究手段，包括超快激光技术、超快测量技术及超快动力学等研究。通过对微观世界超快动力学过程的测量和操控，能实现对宏观物质的理解、应用和控制。因此，超快科学被认为将给众多学科提供原始创新动力。

文｜《财经》记者 焦建

编辑｜苏琦

经国家发改委于2024年9月概算批复的先进阿秒激光设施，已于今年1月10日正式在广东省东莞市松山湖科学城启动建设。

据新华社等媒体披露的相关公开资料显示：该项目将是目前世界第二、亚洲首个先进阿秒激光设施。这也是继中国散裂中子源之后，落地东莞的又一国家大科学装置。

所谓大科学装置，可为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革等提供极限研究手段。先进阿秒激光设施大科学装置，则与超快科学领域研究有关。

从技术及产业演进脉络角度看，超快科学以超快光源和超快探测为主要研究手段，包括超快激光技术、超快测量技术及超快动力学等研究。通过对微观世界超快动力学过程的测量和操控，能实现对宏观物质的理解、应用和控制。因此，超快科学被认为将给众多学科提供原始创新动力。

具体而言，物质由分子、原子、电子等不同层次的微观粒子组成。一个原子内部有一个原子核，旁边则是运动的电子。截至目前，人类对电子运动的直接观测几乎仍是空白，这源于电子质量很小，运动速度极快，难以进行测量。

作为超快科学领域的基础概念之一，阿秒(attosecond）是人类目前掌握的最短时间尺度。1阿秒为一百亿亿分之一秒。在1秒钟内，光可绕地球赤道7圈半即30万千米。但在1阿秒内，光传播距离仅为原子大小（约0.3纳米），大致相当于电子在原子中的穿行距离。电子围绕原子核转一圈，时间大致为150阿秒。

阿秒激光的出现，使人类观测电子运动成为现实中的可能。2023年的诺贝尔物理学奖，便授予了这一领域的相关学者，因其开发出了能产生阿秒量级光脉冲的实验方法，可用来研究物质中的电子动力学。

在实验室条件下产生的阿秒光源，性能和指标参数则较低。作为超快光学研究领域内目前较为前沿的核心工具，阿秒激光设施则被学术界比喻为“一台超高速摄像机”或“打开时间之窗”的工具。

“可以说，超快超强激光是拓展人类认知的重要工具之一，在某些方面甚至是独一无二、不可替代的研究手段。”在2023年松山湖材料实验室举办的首届超快激光应用发展大会上，中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华曾如此比喻称。

前述松山湖先进阿秒激光设施项目，将由中国科学院承担建设。整个相关项目共布局10条束线和22个应用终端，其中6条束线及13个研究终端将落地松山湖。此外的4条束线，则将在陕西西安建设，由中国科学院西安光学精密机械研究所负责。

“设施建成后，将实现全波长覆盖，可开展超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光-电-磁-热综合实验，可实现对电子运动的跟踪、测量、操控。”先进阿秒激光设施总工程师、中国科学院物理研究所研究员赵昆公开介绍称。

为建设管理运行该设施，中国科学院物理研究所已联合同样位于东莞的松山湖材料实验室成立阿秒科学中心，通过聚集设施和人才建成超快物质科学的国际化研究中心，协同同样位于东莞松山湖的中国散裂中子源等大科学装置，旨在在能源材料、信息材料以及基础物理等领域取得突破。

为确保装置建设和运行的自主可控，先进阿秒激光设施则牵头发起了“高性能激光器创新产业联合体”。首批40个成员单位包括27家激光器头部企业、10家高校和3家研究机构，围绕建立测试平台、打通供应链、建设产业集群等方面开展工作。

一系列协同作用之所以可能产生，源于更好地了解物质，将有助于更好地进行应用。因其可用于有效捕捉电子动态影像，先进阿秒激光设施还被认为有望支持科研团队在高温超导、半导体物理与器件、超高通量通信与计算、高端激光制造、航天新材料等领域攻克一系列重大科学问题，为高端产业发展提供科技支撑。

这也是希望取得源头创新的东莞乃至粤港澳大湾区内多个城市所看重的破局措施。以前述中国散裂中子源大科学装置落地为例，其已被各方普遍指出将成为松山湖推动原始创新的破局点，并正成为东莞提升整体科研水平的基础。

在此基础上，位于粤港澳大湾区范围内的大科学装置，最近也正出现“扎堆”开建现象：以先进阿秒激光设施附近为例，相关方还在规划建设的先进光源。此外，距离松山湖不到10公里的深圳光明科学城，也在建设高重频自由电子激光装置。

“大科学装置设施的组合，将形成支撑大湾区综合性国家科学中心建设的大科学装置集群，推动科学研究和高新产业发展。”中国科学院高能物理研究所副所长、中国散裂中子源二期工程总指挥王生近日在相关应用研讨会上表示：世界范围内，很少有这几大平台型大科学装置建在一起的，这样的尝试必将能发挥集群效应。

题图｜焦 建

责编 | 王 宁

来源：财经杂志视频