在北京懷柔科學(xué)城，有一個(gè)“巨型放大鏡”，哪怕是從高空俯瞰，建筑的整體結(jié)構(gòu)就是一個(gè)放大鏡，而它的真實(shí)作用更是超級放大鏡，可以發(fā)出比太陽亮一萬億倍的光，幫助科學(xué)家看清微觀世界。

這就是高能同步輻射光源（HEPS）。整個(gè)項(xiàng)目是從2019年啟動(dòng)的，到今年10月底，對整體的項(xiàng)目進(jìn)行了工藝驗(yàn)收。中國科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān)了全部的建設(shè)。根據(jù)最新的消息，從明年開始，這座巨型的科學(xué)設(shè)備將逐步開放使用。

就在近日，鳳凰衛(wèi)視的節(jié)目組邀請了比利時(shí)的觀察員彭望龍，走進(jìn)了懷柔科學(xué)城，近距離觀察了這個(gè)巨大的“放大鏡”。讓我們跟隨記者的鏡頭，看看科學(xué)家們是如何來解釋放大鏡的工作和背后的原理的。

發(fā)出的光比太陽亮一萬億倍

比太陽亮一萬億倍的光，這不是數(shù)字上的形容，而是這座巨型的科研設(shè)備真的且必須具備的性能，否則它就不能夠穿透物質(zhì)的表層，看清微觀世界。

正因?yàn)榫邆溥@樣的能力，它才能躋身全球前三、亞洲第一。不是它排在第三位，而是全世界僅此三臺(tái)設(shè)備，整個(gè)亞洲也僅此一臺(tái)。

焦毅是整套科學(xué)設(shè)備的負(fù)責(zé)人之一。他通過室內(nèi)微縮版模型，先從宏觀的角度解釋了為什么HEPS要建造的這么大。看起來像放大鏡邊緣的主體圓環(huán)，正是設(shè)備的核心部件儲(chǔ)存環(huán)。

它的真實(shí)構(gòu)造首尾相接連起來接近1.4公里。環(huán)形的內(nèi)部其實(shí)是管道。設(shè)備在開始工作的時(shí)候，管道內(nèi)的電子能夠以接近光速的速度進(jìn)行環(huán)狀運(yùn)動(dòng)。也就是說，短短1秒的時(shí)間內(nèi)，電子在環(huán)狀管道內(nèi)就可以旋轉(zhuǎn)數(shù)萬圈。

也只有達(dá)到這樣的高速，接下來才能夠發(fā)出超強(qiáng)的X射線，這才是儀器工作到下一個(gè)階段的主要環(huán)節(jié)。對科學(xué)家來說，這樣的光能夠穿透結(jié)構(gòu)，能夠看清微觀世界，能夠接近原子的精度。

在科學(xué)界，超過七成已知的生物大分子結(jié)構(gòu)，正是有這樣的設(shè)備存在，才被科學(xué)家探測并觀察到了。因此形象一點(diǎn)說，這套科學(xué)設(shè)備所承擔(dān)的正是放大鏡的任務(wù)，就是要放大再放大。

設(shè)備也得不斷更新迭代技術(shù)。我國剛剛建設(shè)起來的，正是最先進(jìn)一代的第四代產(chǎn)品，全世界只有三臺(tái)。相比于早先已經(jīng)建成的設(shè)備，新的設(shè)備好比高鐵，原先的設(shè)備還是牛車，這是焦毅形容的，技術(shù)迭代后的差異就這么大。

新設(shè)備之下的原子級世界

技術(shù)迭代到第四代，可以把束流體積縮小至少100倍，光線就能夠更集中、更明亮，原子級的世界就能清晰無誤地呈現(xiàn)在科學(xué)家的眼前。

現(xiàn)在的設(shè)備上，繞著其主體結(jié)構(gòu)，有14個(gè)用戶光束線站。簡單來說，就是可以同時(shí)容納多組科學(xué)家進(jìn)行觀察研究。根據(jù)介紹，未來還要繼續(xù)增加類似于節(jié)點(diǎn)的光束線站，這樣就能夠容納更多的科學(xué)家展開研究。

而且可以肯定的是，一旦設(shè)備開放，不但國內(nèi)的科研工作者會(huì)申請使用，國外的科研工作者也會(huì)來申請使用。

不管科學(xué)家研究的是生物科學(xué)還是什么物理結(jié)構(gòu)，如果要進(jìn)行微觀層面的觀測研究，借助于這套設(shè)備就能夠看清一切，所以它的應(yīng)用場景相當(dāng)廣泛。

在其中的一個(gè)光束線站，是專門研究生物大分子結(jié)構(gòu)的。記者在科研人員的帶領(lǐng)下，利用設(shè)備發(fā)出的X射線對蛋白質(zhì)晶體進(jìn)行了觀測，最終呈現(xiàn)出來的是三維結(jié)構(gòu)的清晰圖像。

高增強(qiáng)是生物大分子線站的負(fù)責(zé)人。他還舉了一個(gè)形象的例子。在新冠疫情期間，清華大學(xué)的饒子和院士利用在上海的一套設(shè)備，很快就觀察到了新冠病毒的主蛋白酶結(jié)構(gòu)。

正是基于觀察的結(jié)果，對病毒結(jié)構(gòu)的微觀了解，科學(xué)家才能夠設(shè)計(jì)藥物。有針對性的藥物能夠起到在人體內(nèi)不讓其與相關(guān)的小分子結(jié)合，最終也就抑制了病毒攻擊人體的作用。

所以在生物研究領(lǐng)域，這套設(shè)備能夠觀察各種各樣的微觀結(jié)構(gòu)，了解其特性，進(jìn)而幫助科學(xué)家采取和進(jìn)行更多的有針對性研究。

看不見的地方也很龐大

在另一個(gè)硬X線成像站，科研人員展示了用同步輻射光源對食蟹猴的大腦進(jìn)行的觀測和分析。

設(shè)備能夠?qū)⒑锬X的結(jié)構(gòu)放大并清晰呈現(xiàn)出來。用宏觀的視野去看，動(dòng)物的大腦很小，但是在微觀的世界，這套結(jié)構(gòu)也極其的龐大。

放大之后，通過設(shè)備呈現(xiàn)出來的圖像分辨率可以達(dá)到驚人的50K像素，而我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X屏幕只有2K或者是4K。也就是說，放大之后的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，如果不經(jīng)過特殊的處理，普通的設(shè)備也難以呈現(xiàn)。一套原始的掃描數(shù)據(jù)，可能需要1000個(gè)硬盤才能儲(chǔ)存下來。

不得不說，在人眼看不到的微觀世界，其結(jié)構(gòu)也相當(dāng)?shù)凝嫶?。也正是因?yàn)橛羞@套設(shè)備的存在，才能夠幫助科學(xué)家看清微觀層面的“宏觀結(jié)構(gòu)”。

值得一提的是，如果是在硬X射線成像線站點(diǎn)做腦部CT， 只需要做一套，就可以把整個(gè)人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)解析出來，那也是一組更龐大的數(shù)據(jù)。

因?yàn)槿说拇竽X內(nèi)有800多億個(gè)神經(jīng)元，這樣的規(guī)模和宇宙中人類觀測到的星星是同量級的。而這套設(shè)備從明年初就可以正式展開相關(guān)的工作，科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在推動(dòng)相關(guān)的合作。

能夠更清晰地看到大腦內(nèi)的結(jié)構(gòu)，那么未來對于腦部腫瘤或者是阿爾茨海默癥等相關(guān)疾病的研究，就會(huì)取得更大突破。

現(xiàn)在，國內(nèi)外的科研團(tuán)隊(duì)就等著設(shè)備開放使用了。我國投入50億元的資金建設(shè)這套裝置，是面向全球用戶開放的。截止到目前，已經(jīng)有百余名用戶在排隊(duì)申請。

看來，科學(xué)界的各個(gè)領(lǐng)域，都在急切等待著使用這個(gè)“放大鏡”進(jìn)行觀測研究。而這樣的大國重器，正是我們接下來社會(huì)和科學(xué)各領(lǐng)域發(fā)展的主要底蘊(yùn)和基礎(chǔ)。我國規(guī)劃的77項(xiàng)重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，已有接近一半的項(xiàng)目建成并投入使用。我們在各個(gè)領(lǐng)域取得的發(fā)展和成就，有很多都跟這些基礎(chǔ)科學(xué)設(shè)施密切相關(guān)。