北高峰观察 | 啥是“极弱磁”？

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10月30日，杭州极弱磁大设施首个交叉研究平台基建项目开工。省委副书记、市委书记刘捷宣布开工，中国科学院院士房建成出席。

极弱磁大设施，是国家重大科技基础设施，类似的还有中国天眼FAST望远镜、硬X射线自由电子激光装置、高能同步辐射光源等。

作为杭州首个交叉研究平台，它主要承担重大科技成果工程化的实验验证，突破关键技术和装备制约的重大使命。

啥是“极弱磁”？

有人说，两个人互相思念达到一定的强度，就会产生磁场。这听起来有些玄乎其玄，但确实是真的。

现代科学技术已经揭示，一切物质都有磁性，任何空间都存在磁场。长期科学研究表明，绝大多数物质具有弱磁性。

譬如人类大脑，产生的磁场有多强？非常微弱，大约是100fT（磁感应强度单位），大概是地球磁场的十亿分之一。

因此，如果我们要给“极弱磁”下个定义，就是特指因为磁场太弱很难测量到或者无法感知到的磁场。

这么微弱的磁场测量出来有什么用？

极弱磁场普遍存在，关键在于如何实现精准测量。在经历机电式、光学式两代发展后，精密测量开始进入量子时代，逐步实现超高灵敏度磁场测量。

此前，受困于测量装置精度达不到要求，许多设想在现实生活中还无法实现，现在有了超高灵敏磁场测量，人类可以获取新的实验数据、揭示新的自然现象、发现新的科学规律，从而获得了一种认识世界的新工具。

概括起来，超高灵敏极弱磁场重大科技基础设施主要有三方面作用——

1.产生新的科学发现：神经信号测量与脑科学研究，实现“精准测量”，前沿物理学EDM（电偶极矩）等重大命题验证。

2.攻克重大心脑疾病发病机理：超高分辨率极弱磁成像技术，实现“高清成像”。

3.实现高端医疗装置“中国制造”：极弱磁成像代替功能核磁，推动高端医疗装备跨代发展。

举几个例子大家就明白了——

超高灵敏量子极弱磁场未来建设内容

比如可通过超高灵敏磁场测量来实现的EDM（电偶极矩）高精度测量，可解决宇宙中物质反物质差别存在的问题，验证宇宙大爆炸理论的正确性，并为宇宙起源的研究提供支撑。

比如在深空探测领域，2020年7月23日，我国发射了火星探测器“天问一号”，通过对火星采样返回物质的极弱磁性测试与分析，让我国对火星及宇宙演化规律有了进一步认识。

从浩瀚的宇宙回到人类自身，我们知道有种疾病叫“癫痫”。

目前，基于结构成像的医疗设备无法对癫痫、自闭症等发育性脑疾病，阿尔兹海默病、帕金森症等退行性脑疾病，以及抑郁症、精神分裂症等其他精神类疾病进行有效的诊断。

超高灵敏极弱磁场测量为神经科学和脑科学研究开辟了新途径

通过极弱脑磁心磁超，可以建立高时空分辨率的成像系统，实现对生物体的磁源成像分析，为以上脑类疾病提供一种被动、无损、可穿戴、高灵敏的新型治疗手段。

脑磁心磁检测功能成像高端医疗设备

十年内建成世界唯一“零磁”空间

据报道，这一重大科技基础设施的使用单位，是杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院。该研究院成立于2020年12月，位于杭州国家高新技术产业开发区（滨江区），由中国科学院院士房建成教授担任理事长和首席科学家。

据研究院官网介绍，其主要面向国家重大战略需求，开展超高灵敏极弱磁场与惯性测量装置的研制，为神经科学与脑科学、基础物理学等前沿研究提供有效手段，并服务空间探测和计量测试。

同时面向生命健康和经济主战场，研究院开展芯片级量子传感器技术和高分辨率极弱磁场人体功能成像技术研究，推动高精度量子传感器的产业化，实现高端医疗装备的原始创新。

杭州极弱磁大设施，位于国际零磁科学谷。

未来将建设芯片化量子传感与系统技术、新一代医疗影像装备、新一代磁科技装备、量子精密测量与仪器四个技术创新中心，建设“零磁科学谷”和量子传感科学城。

以此大设施落地为契机，滨江区谋划建设了国际零磁科学谷·杭州江南科学城，规划总面积约37平方公里，西联城西科创大走廊，东接城东智造大走廊，形成南北联动的创新发展格局，将为杭州争创综合性国家科学中心提供重要支撑。

按照房建成院士的设想，十年内，杭州极弱磁大设施将建成世界唯一、性能最高、空间最大的“零磁”空间，“这是我多年的心愿”。

参考资料及图片来源：

1.《量子精密测量与传感》，北京航空航天大学官网。

2.杭州极弱磁场国家重大科技基础设施研究院官网。

橙柿互动·都市快报 记者 殷军领 林建安