在怀柔雁栖湖畔，一个周长1.36千米的“放大镜”形建筑群占据了967亩的区域，约90个足球场大小。今年3月14日，这里刚刚成功加速了装置的第一束电子束，向产生世界“最亮的光”又迈进了一步。
位于怀柔科学城的国家重大科技基础设施北京高能同步辐射光源（HEPS）。本报记者 潘之望摄
从星辰大海到生命演化，人类对未知领域的探索离不开大科学设施。在怀柔科学城，一座座“大国重器”正在落成。其中，这个被称为“探测微观世界利器”的“放大镜”，格外引人注目。这将是我国第一台高能同步辐射光源，也将成为世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一。
十年磨一剑。一群“追光的人”，等待世界最“亮”的同步光。
“为这一束电子束，我们等了约十五年。”中国科学院高能物理所高能同步辐射光源加速器部副主任李京祎感慨。光，照亮了物质世界。李京祎和同事，是一群“追光的人”。
上世纪40年代末，科学界发现：就像雨中快速转动的雨伞，伞边缘切线方向会飞出一簇簇水珠一样，当高能电子束团被强迫在环形同步加速器上以接近于光速做回旋运动时，也会在切线方向发射出电磁波，这就是同步辐射光。与常规光源相比，同步辐射光亮度高、覆盖频谱宽，就像是超级X光机，人们可以借助它观察到物质的微观结构。自此，世界各国开始了建设同步辐射装置来构建光源的“竞赛”。玉泉路旁，北京正负电子对撞机“一机两用”，进行着正负电子的高能对撞。1988年至今，依托对撞机和北京同步辐射装置，我国科研人员已产出一系列世界级科研成果，世界上第一个SARS冠状病毒主蛋白酶蛋白质的晶体结构就在此得到解析。左：《三体》电视剧在北京正负电子对撞机旁取景 右：北京正负电子对撞机 来源：中科院高能所而为了“看”到纳米级的物质结构，放眼世界，发射度更小、亮度更高、分辨率更高的新一代光源建设从未停步。一步慢，步步慢，时不我待。这是我国高能物理研究者的信念——要建一台高能光源，填补空白。时针转回2008年。这群“追光人”开始对建设高能同步辐射光源的必要性和可行性进行论证，历经近10年攻关，验证了技术路径的可行性，完成了装置的概念和工程设计。高能光源选址，则定在了北京怀柔科学城。2019年6月，高能同步辐射光源破土动工，争分夺秒成为每位建设者的信条。工程指挥部成员的办公室墙上，挂着一份工程建设总进度计划图，宏大的工程被细致分解为82步，成为52个分系统人员的“指挥棒”。一个个时间节点稳步推进的背后，是参与者废寝忘食忙碌的身影。历时近4年建设，曾经的荒草地上已经“长”出了三栋主体建筑，最大的圆环状建筑便是光源的核心。
北京怀柔科学城大科学装置（高能同步辐射光源）。本报特约摄影 卜向东“在光源的建设过程中，北京市、怀柔区和怀柔科学城都给了我们很大的支持，全方位保驾护航，为‘大国重器’连通了‘生命线’。”李京祎说起，2022年冬天，是光源主体建筑封顶、科研设备启动安装的首个冬天。由于科研设备的准直精度普遍在10微米量级，环境温度的细微变化，都会导致设备准直精度下降。以储存环为例，其环境温度必须保持在正负0.1摄氏度范围内，才能保证磁铁等设备的就位精度。
面对如此严苛的需求，怀柔区迅速协调，及时解决了光源装置区的水、电、供暖等问题。“那个冬天，我们和光源的设备都感到特别温暖。”李京祎笑道。今年3月，高能同步辐射光源直线加速器“满能量”出束，率先迎来“开门红”，每秒都有百亿量级的电子从电子枪“射”出，其中约90%的电子能顺利抵达末端，保证末端电荷量达到额定2.5纳库（1微库＝1000纳库）以上。这也意味着，这座“大国重器”进入科研设备安装、调束并行阶段，向产生世界最“亮”的同步光再迈进一步。预计到2025年，高能同步辐射光源将建成运行。现在，光源最大的“环形加速跑道”——储存环的安装正在进行。光源投入运行后，储存环中电子束在奔跑的过程中，将产生高亮度的同步光，帮助科研人员“照亮”实验样品，更好地解析物质的微观结构及演变。与储存环一墙之隔，便是未来供用户开展科学实验的实验站，大到飞机发动机、小到病毒蛋白质，都能在这里“体检”。“基础研究是科技发展的基石，我们期待光源的第一束光尽快到来！”李京祎说。小于1毫开尔文的极低温、超过300吉帕斯卡的超高压、至少26特斯拉的全超导磁体强磁场以及约100阿秒的超快光场……这是中国科学院物理研究所在怀柔科学城落地建设的综合极端条件实验装置所能提供的实验条件。
所谓极端条件是指在实验室中人为创造出来达到或接近目前技术极限的条件。上述这组条件，意味着该装置能够提供比宇宙的背景辐射温度还低几千倍的极低温，接近地心压力的超高压，比地球磁场高出几十万倍的强磁场，以及能捕捉到千万亿分之一秒画面的“高速摄影机”。“这是全世界物理学家梦寐以求的研究平台。”中科院物理所怀柔研究部主任吕力说，“如果把综合极端条件下的科学探索过程比喻成探矿寻宝，有了这个综合极端条件实验装置，我们就可以看得比别人更远、挖得比别人更深，收获也比别人更多。”除了担任中科院物理所怀柔研究部主任，吕力的另一个身份是综合极端条件实验装置首席科学家。近年来，利用极端实验条件取得创新突破，已成为科学研究发展的一种重要范式。工欲善其事，必先利其器。2003年，中科院物理所成立工作小组，开始筹划综合极端条件实验装置的建设。四年后，吕力第一次来到怀柔，参与装置的选址工作，“当时，装置所在的这片区域还都是农田、林地，后来，怀柔科学城慢慢建起来了，雁栖湖已经成为‘国际会都’，周围的环境真是大变样。”2017年，综合极端条件实验装置正式启动建设。这是怀柔科学城内第一个开工的国家重大科技基础设施，也是第一个进入科研状态的大科学设施。它与其他大科学设施相比，最大的特点在于综合化、集群化，每个极端条件都不是独立的，是“强强联合”，帮助科研人员进行全面、系统的研究。建设大科学设施的过程，也是攻关克难的过程。吕力提到，有些仪器购买困难，研究人员就从零开始、自主研发。2022年12月20日，综合极端条件实验装置全面进入试运行阶段，20个平台均面向中外用户开放预约。科学家们第一次可以在家门口做实验，自是难掩激动。首批通过性能工艺测试的5个实验站开放普通课题预约申请时，就收到57份申请，申请者中包括36家国内外科研院所、高等院校和高新企业的一线科研团队。“多年来，我一步步看着怀柔科学城建设得越来越好，园区越来越热闹。”吕力期待着，有了大科学设施，能帮助科研人员做出更多优秀的成果。北京日报（ID：Beijing_Daily）记者 刘苏雅【转载请注明来源：北京日报微信公众号】
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编辑：钱绯璠
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