給科學(xué)家一雙慧眼

——上海光源助力科學(xué)家探索微觀世界

國(guó)家大科學(xué)裝置上海光源是上海張江國(guó)家科學(xué)中心的“老大哥”。開(kāi)放8年來(lái)，這臺(tái)“超級(jí)顯微鏡”，以光為媒，持續(xù)升級(jí)：上海光源二期擴(kuò)容工程、軟Ｘ射線(xiàn)自由電子激光用戶(hù)裝置去年底開(kāi)工建設(shè)，Ｘ射線(xiàn)自由電子激光試驗(yàn)裝置正在出光調(diào)試。在這片科技創(chuàng)新的高地，一個(gè)觸及世界前沿的“中國(guó)光谷”雛形初現(xiàn)。

從“分子照片”時(shí)代

進(jìn)入“分子電影”時(shí)代

上海光源，是全球頂級(jí)中能第三代同步輻射大科學(xué)裝置，外形酷似巨大的“鸚鵡螺”。圓形的“螺殼”內(nèi)，3臺(tái)加速器負(fù)責(zé)“出產(chǎn)”同步輻射光。

無(wú)數(shù)電子以近乎光速晝夜不停地高速旋轉(zhuǎn)。每每轉(zhuǎn)彎，就會(huì)沿切線(xiàn)方向放射出一束束不同波長(zhǎng)的高品質(zhì)同步輻射光，通過(guò)光束線(xiàn)最終照射在各個(gè)實(shí)驗(yàn)站的樣品上。運(yùn)用光與物質(zhì)相互作用的科學(xué)原理，科學(xué)家可以在分子和原子尺度上觀察微觀物質(zhì)世界。

“國(guó)家重器”要發(fā)揮引領(lǐng)作用，需要持續(xù)創(chuàng)新升級(jí)。目前，在“鸚鵡螺”的隔壁，我國(guó)首臺(tái)Ｘ射線(xiàn)自由電子激光試驗(yàn)裝置正在出光調(diào)試。在此基礎(chǔ)上，還將動(dòng)工建設(shè)軟Ｘ射線(xiàn)自由電子激光用戶(hù)裝置，并于2019年正式投入使用。

中科院上海應(yīng)用物理研究所所長(zhǎng)趙振堂說(shuō)，Ｘ射線(xiàn)光源是研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)過(guò)程的工具。作為第四代光源，Ｘ射線(xiàn)自由電子激光的峰值亮度比第三代同步輻射光源高10億倍；脈沖長(zhǎng)度可達(dá)到飛秒量級(jí)（1秒的1000萬(wàn)億分之一），比第三代同步輻射光快1000倍；相干性更好。它可以觀測(cè)到物質(zhì)內(nèi)部更復(fù)雜或更快的現(xiàn)象與變化規(guī)律。

“形象地說(shuō)，同步輻射光源能為分子‘拍照片’，而自由電子激光借助其極短的光脈沖則可以給分子‘拍電影’，極大提高了科學(xué)家洞悉物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力。”趙振堂說(shuō)。

讓科學(xué)研究從“月光下”走到“日光下”

專(zhuān)家比喻，在上海光源這個(gè)大科學(xué)設(shè)施的支持下，我國(guó)科學(xué)家已從原來(lái)在“月亮光”下看微觀世界，走向在“太陽(yáng)光”下看微觀世界。這對(duì)推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究、吸引國(guó)內(nèi)外一流科研團(tuán)隊(duì)的作用巨大。

運(yùn)行８年來(lái)，借助上海光源發(fā)出的光，2014年中國(guó)科學(xué)院院士包信和在天然氣直接轉(zhuǎn)化利用研究中取得重大突破，并入選當(dāng)年的“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院顏寧研究組首次測(cè)定了人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心高福團(tuán)隊(duì)揭示出禽流感、埃博拉等多種流行病毒感染機(jī)制，中科院物理所丁洪課題組發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子……

像一個(gè)個(gè)碩果展示的那樣，超級(jí)Ｘ光給了科學(xué)家一雙雙慧眼。“拿結(jié)構(gòu)生物學(xué)來(lái)說(shuō)，原來(lái)單個(gè)課題組解析一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，可能要幾年時(shí)間。上海光源建成后，平均解析時(shí)間降為幾個(gè)月甚至數(shù)天。目前，我國(guó)研究人員利用上海光源一年解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)量，是以前幾十年的總和。”上海光源中心副主任何建華說(shuō)。                  （據(jù)新華社）