可捕捉微观粒子动态 “超高速摄像机”开建

　　先进阿秒激光设施现场模型展示。

　　南都讯 1月10日，国家重大科技基础设施“先进阿秒激光设施”在广东东莞正式开工，该设施由中国科学院承担建设，共布局10条束线和22个应用终端。建成后，它将成为世界第二个、亚洲首个先进阿秒激光设施。

　　本次开工建设的6条束线由中国科学院物理研究所负责，另外4条束线将在陕西西安建设，由中国科学院西安光学精密机械研究所负责。

　　该项目计划用5年时间，建设具有阿秒时间分辨能力和高度时空相干性特征的综合性超快电子动力学研究设施，从而实现对电子运动的跟踪、测量与操控，深入探索物质状态的演化规律，有望为我国在物质科学的前沿基础研究领域实现重大突破提供关键技术保障。

　　先进阿秒激光设施是继中国散裂中子源后，东莞迎来的又一大科学装置。东莞市长吕成蹊表示，期待大科学装置的聚集效应能够进一步释放，为科技强国建设贡献东莞力量。

　　先进阿秒激光设施是什么?

　　物质是由分子、原子、电子等不同层次的微观粒子组成的，其宏观性质取决于构成它的粒子种类、结构以及运动状态。

　　要测量这些微观粒子的运动，必须使用具有飞秒甚至阿秒时间分辨的新技术。电子由于质量很小，其运动速度极快，其运动的特征时间在阿秒量级，其动力学过程需要阿秒激光脉冲才可能进行测量。因此，阿秒脉冲的出现使人们直接测量电子的动力学行为成为可能，从而开启了超快科学的新时代。

　　那么阿秒又是什么呢?

　　阿秒，是人类目前能够掌握的最短时间尺度，1阿秒仅为一百亿亿分之一秒。1秒钟时间内，光可以穿越30万千米，相当于绕地球赤道7圈半。然而，在1阿秒的时间内，光的传播距离仅为原子的大小(约0.3纳米)，也相当于电子在原子中的运动范围。阿秒激光的出现，使得观测电子的运动成为现实，是科学发展史上具有里程碑意义的重大突破。

　　阿秒激光像一台“超高速摄像机”，用于捕捉运动极快的电子的“动态影像”，记录它们的运动及其所决定的量子特性、磁性变化、化学反应和材料相变等现象。阿秒激光为研究物理、化学、材料、信息、生物医学等学科中的重大科学问题提供了全新的技术手段，有望在基础研究和产业技术领域催生新突破，因此具有重要的科学意义和战略意义。

　　先进阿秒激光设施由中国科学院建设，2023年12月项目可行性研究报告正式获得批复，2024年9月通过国家发展和改革委员会初步设计和概算批复。

　　工程将建设宽谱段的10条超快激光束线，实现从纳米-软X射线到毫米-太赫兹的全波长覆盖，实现超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光-电-磁-热综合实验平台，在脉冲能量、脉冲宽度、光子能量、光子通量等性能指标上取得突破，建成具有世界先进水平的阿秒激光设施。同时，实现阿秒激光设施的平稳长期运行，促进阿秒激光在基础科学、技术创新、产业升级等领域的广泛应用，为社会各界提供服务。

　　在当天的阿秒科学与应用战略研讨会上，有关负责人在对设施东莞部分进行介绍时，透露其最新进展，设施东莞部分已通过模拟和验证实验，确定关键技术与关键器件；完成全部三维图与工程图设计；部分关键技术与国内优势单位正共同研发等。

　　先进阿秒激光设施将为我们带来什么?

　　先进阿秒激光设施将在我国基础前沿、高科技产业等多个领域发挥重要作用，促进阿秒科学及先进激光技术的发展，建成国际领先的新型设施，推动多学科原始创新和重大应用，支撑我国在新一轮世界科技革命中抢占先机，助力社会经济和国家安全的跨越式、高质量发展，对于推动多学科的应用与交叉具有重要的意义。

　　同时它也将成为粤港澳大湾区的新名片之一，有利于提升区域科技的国际影响力并推动经济发展，凝聚全球高端科技力量，发挥科学设施的集聚效应，大幅度提升源头创新能力，有望促进重大科技前沿问题的突破和重大成果的产出。

　　出席活动时，东莞市长吕成蹊表示，期待大科学装置的聚集效应能够进一步释放，中国散裂中子源与先进阿秒激光能够优势互补、相得益彰，将我们探索世界的空间尺度，推进到中子层面，时间尺度精细到阿秒量级，发挥大科学装置“1+1>2”的作用，从而提升松山湖科学城的科技分量，与光明科学城携手共同打造大湾区综合性国家科学中心，为科技强国建设贡献东莞力量。

　　东莞市是粤港澳大湾区的重要节点城市，地缘优势明显，发展前景广阔，在积极推进粤港澳大湾区建设这一国家战略背景下，以东莞为代表的中国现代制造业正迎来新的机遇。依托先进阿秒激光设施，有望在高温超导机理、电子间直接交换作用的起源、半导体物理与器件中的输运动力学等重大科学问题，以及光合作用、药物分子中的电子动力学等关系到国家经济与国民健康的重要问题上取得突破。

　　此外，大科学装置的建设将发挥创新聚集效应，实现创新资源在粤港澳大湾区的引流、聚集、加速，服务广东，辐射全国。

　　设施建设地点 广东省东莞市+陕西省西安市　　

　　东莞部分

　　主要建设短脉冲极紫外阿秒、高重频极紫外阿秒、高重频极紫外高次谐波、高能量极紫外阿秒、高功率极紫外高次谐波、短脉冲太赫兹等6条光束线；光电离解离实验、瞬态吸收光谱实验、阿秒磁学研究、超快时间分辨扫描隧道显微镜、超快时间分辨光电子显微镜测量等13个应用终端；配套建设恒温恒湿超净实验室、光学保障、数据分析与网络中心等辅助设施。

　　西安部分

　　主要建设高强度软X射线阿秒、高重频软X射线阿秒、高能量软X射线高次谐波、高能量太赫兹等4条束线；复合阿秒条纹相机研究、瞬态衍射成像研究、时间分辨软X射线光电子谱研究等9个用户研究终端；配套建设恒温恒湿超净实验室、激光薄膜制备与测试、电子仪器与精密机加工、样品制备与测试、低温与特气回收、束线控制与园区网络中心等辅助设施。

　　采写:南都记者 梁锦弟

　　摄影:南都记者 刘媚

　　南都东莞双引擎工作室出品