由中國科學(xué)院物理研究所等建設(shè)的綜合極端條件實驗裝置，日前在北京市懷柔科學(xué)城正式開工。該工程擬通過5年左右時間，建成國際上首個集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件為一體的用戶裝置，極大提升我國在物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究綜合實力。

利用綜合極端條件實驗裝置，可以人為實現(xiàn)“超低溫”“超高壓”，以及“超強磁場”和“超快光場”

任何物質(zhì)都是在一定的物理條件下形成的，通過使物理實驗條件達到極端狀態(tài)，可以形成許多在常規(guī)物理條件下不能得到的新物質(zhì)和新物態(tài)。

項目首席科學(xué)家、中科院物理研究所研究員呂力說：“比如，極低溫可以抑制物質(zhì)中電子、原子的無規(guī)運動;強磁場作為可以調(diào)控的熱力學(xué)參量，能夠改變物質(zhì)的內(nèi)部能量;超高壓可以有效縮短物質(zhì)的原子間距，增加相鄰電子軌道的重疊，從而改變物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，以及原子間的相互作用，形成全新的物質(zhì)狀態(tài);超快激光則具有無與倫比的超快時間特性，快速變化的光場是人們能夠操作并且控制的最快物理量。”

然而，地球的環(huán)境實際上是一個比較溫和的環(huán)境，適合生物的生存，溫度漲幅不是很大，磁場也不是很強，但這種情況在整個宇宙中其實算特殊的。實際上，宇宙中既有極高溫也有極低溫，還有很強的磁場。那么，如何能在地球上實現(xiàn)這些物理條件和環(huán)境，從而在更大范圍研究物質(zhì)的狀態(tài)和這個世界呢?

“這就需要我們?nèi)藶榈貏?chuàng)造一些‘極端條件’。比如，在實驗室中人為創(chuàng)造、達到、接近甚至超過目前宇宙中已經(jīng)存在的各種物理條件和環(huán)境。”呂力說，“這次啟動建設(shè)的綜合極端條件實驗裝置，就是綜合集成低溫、高壓、強磁場、超快光場等一系列配套的集群設(shè)備所構(gòu)成的大型科學(xué)實驗設(shè)施。”

將為非常規(guī)超導(dǎo)、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實驗手段的支撐

人類文明的進步，一直依賴于工具的進步和技術(shù)的進步，比如望遠鏡對于天文學(xué)和物理學(xué)，顯微鏡對于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的重要影響，都是不言而喻的。同樣道理，綜合極端條件實驗裝置也是如望遠鏡和顯微鏡一般重要的“利器”。

“利用綜合極端條件實驗裝置可以使物理實驗條件達到極端狀態(tài)，這樣一來，我們就可以發(fā)現(xiàn)更多新的物態(tài)，探索更多新的科學(xué)現(xiàn)象，開辟新的領(lǐng)域，從而大大拓展人類認識自然、改造自然、造福人類自身的能力。”項目首席科學(xué)家、中科院物理研究所研究員丁洪說，“事實上，從過去一二十年諾貝爾物理學(xué)獎、化學(xué)獎的得獎情況來看，不少都用到了綜合極端條件。”

呂力說：“打個比方來說，如果把綜合極端條件科學(xué)探索的過程比喻成探礦尋寶的過程，有了這個綜合極端條件，我們就可以看得比別人更遠，挖得比別人更深，那么收獲也比別人更多。”

綜合極端條件實驗裝置建成之后，將為非常規(guī)超導(dǎo)、拓撲物態(tài)、量子材料與器件等方面的研究提供最尖端實驗手段的支撐，進而為相關(guān)材料的人工設(shè)計與制備，以及諸多科學(xué)難題的破解提供前所未有的機遇。

“舉個例子，倘若科學(xué)家能利用裝置做出室溫超導(dǎo)體，電影《阿凡達》中壯觀的‘懸浮山’就有望成為現(xiàn)實。”丁洪說。

極端條件實驗手段的整體水平直接影響著我國在若干核心領(lǐng)域的競爭力

近年來，利用極端實驗條件取得創(chuàng)新突破已成為科學(xué)研究發(fā)展的一種重要范式，也有大量研究成果得到了重要的實際應(yīng)用。

據(jù)介紹，世界上許多發(fā)達國家或地區(qū)，如美國、歐洲、日本都在此領(lǐng)域投入大量的人力和物力，展開了激烈競爭。許多著名的研究機構(gòu)都擁有先進的極端條件實驗設(shè)施。如美國佛羅里達強磁場實驗室、勞倫斯利弗莫爾和洛斯阿拉莫斯國家實驗室、德國馬普量子光學(xué)研究所及核物理研究所、法國格勒諾布爾的尼爾研究所和日本東京大學(xué)固體所極端條件實驗室等都擁有先進的極端條件實驗設(shè)施。

中科院物理研究所所長方忠認為，極端條件實驗手段的整體水平直接影響著我國在若干核心領(lǐng)域的競爭力。“項目建設(shè)將大幅提升我國綜合極端條件科學(xué)與技術(shù)研究及尖端實驗設(shè)備的研制、運行能力。提升我國在相關(guān)基礎(chǔ)研究、高技術(shù)研究領(lǐng)域的綜合水平，促進具有重要科學(xué)研究價值甚至重大應(yīng)用價值的材料特別是新型量子材料體系的發(fā)現(xiàn)。”

中科院副院長王恩哥表示：“未來，希望綜合極端條件實驗裝置能夠建設(shè)成為世界領(lǐng)先的用戶裝置，與相關(guān)交叉平臺一起構(gòu)成具有全球影響力的凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)研究中心。努力探索世界科學(xué)前沿，實現(xiàn)技術(shù)引領(lǐng)性突破，為把我國早日建成創(chuàng)新型國家做出應(yīng)有的貢獻。”

“該裝置的主體建筑有望在2019年完工，2022年最終驗收。建成后，將向國內(nèi)外用戶全面開放。”呂力說。