“就算隔著十萬大山與江河湖海，哪怕站在世界的兩端，你對我的吸引，都如此清晰，我對你的思念，都一直存在。”你可能認為，這僅僅是一句描繪愛情的詩句，但在之江實驗室量子傳感研究中心的科研人員眼中，測算出這種極微小的吸引力，就是他們努力的目標。

“只要是有質量的兩個物體，相互之間就會產生引力。如果兩個成年人正好站在地球相對應的兩端，那么他們之間所產生的引力大約是10-21N量級。現在我們研制的極弱力測量科學裝置，能夠穩定測量出比上述情形還要小得多的極弱力。”之江實驗室量子傳感研究中心副主任高曉文說。

(資料圖片僅供參考)

前不久，之江實驗室在成立5周年之際，發布了一系列重大科研成果。其中，由之江實驗室牽頭，聯合浙江大學等共同設計研制、具有完全自主知識產權的新一代基于光動量效應的極弱力測量科學裝置受到關注。據項目組介紹，經過與目前全球相關領域的公開指標對比以及專家驗收測試，該裝置的核心性能指標已居全球領先水平。

“沒有測量，便沒有科學”

力，是體現和反映客觀世界物質相互作用的基本形式之一。可以說，人類對客觀世界基本運行規律的認知，是建立在對力的準確描述上的，也由此誕生了一系列偉大的物理理論，包括描述引力的廣義相對論和描述電磁強、弱相互作用的粒子物理標準模型。前者作為經典理論，描述了一切宏觀引力現象；后者作為量子理論，描述了微觀領域其他三種基本相互作用。

門捷列夫曾經說過，“科學始于測量。沒有測量，便沒有科學。”現代科學既是實驗科學，也是測量科學，是理論和實驗相互促進相互發展的產物，前沿理論指引科學實驗的方向，催生更精密的力學測量裝置，而更精密的力學測量裝置和實驗反過來又可以去檢驗更深層的理論。

18世紀，英國物理學家卡文迪許利用機械式扭稱實現了10-7N的測量精度，完成了對牛頓萬有引力定律的驗證，推動了經典力學在近300年內對科學發展的指導。20世紀七八十年代，原子力顯微鏡、液體光鑷等發明，將力測量能力提升到了10-12量級，可以實現DNA、蛋白質的解折疊與折疊，分子間化學鍵斷裂過程的力學探測，提升了人類在單分子層面對材料、生物、化學等的認知。

當前世界科學界最前沿的幾個問題，都離不開對力的研究。例如，基于大量天文運行數據，理論物理學家和天文學家們指出，在宇宙空間中應充斥著大量看不見、摸不著的暗物質、暗能量，對暗物質、暗能量的探測和檢驗是宇宙物理學的重大命題。

“提升力精密測量的能力，能為人類不斷探索科學規律、認知客觀世界提供有力的科研利器。”高曉文介紹，“希望我們研制的極弱力測量科學裝置及相關核心技術，能夠在相關領域得到應用，為重大科學問題研究作出貢獻。”

地下17米的別樣科研

前不久，中青報·中青網記者獲得批準，參觀極弱力測量科學裝置。

搭乘電梯到達地下，穿上潔凈服，戴上激光防護眼鏡，穿過一條長長的走廊，記者進入開闊的地下實驗室。這里看起來和一般的實驗室區別不大，一些年輕的科研人員在電腦前監測數據。光學平臺上的實驗裝置，體積也并不龐大，只是實驗裝置上方多了些遮光設備。

科研人員告訴中青報·中青網記者，這里是在地下17米的深處。為了達到科學實驗的環境要求，實驗裝置連同光學平臺要單獨放置在獨立隔振基座上，隔振基座直接構建在地下基巖上，這樣的設計為精密測量實驗提供了理想的隔振條件。

之江實驗室量子傳感研究中心最早的員工之一、年輕的副研究員傅振海介紹了裝置的工作原理——利用高聚焦激光束，將一個納米小球懸浮在真空腔中，通過光學干涉等技術“觀察”小球軌跡的變化，來測量小球受力的大小。

事實上，哪怕極其輕微的震動，都會讓納米小球的位置發生巨大變化。科研人員透露，因為這項科學研究，原本要通過之江實驗室的地鐵，在設計階段就繞了一個大彎，被安排到離之江實驗室幾公里外的地方。

不僅如此，為了盡可能避開環境干擾，多數實驗都要等到夜深人靜時才開始。項目組一位科研人員的女朋友，通常在下班后從市區趕到之江實驗室，兩人趁食堂收攤前一起簡單吃個晚飯；晚飯過后讓女朋友在辦公室等，而科研人員跑去地下17米深處做實驗。幸好，這個故事有一個美滿的結尾，兩人最后喜結連理。

“取得世界領先的技術指標令人欣喜，這背后是實驗室條件建設團隊和我們科研伙伴們共同努力的結果。”高曉文回憶，他和傅振海第一次抓到納米小球是在一個塑料瓶里。

團隊剛剛組建的時候，實驗設備、環境還很簡陋，當時只有一個激光器和兩個鏡子，他們嘗試去捕獲小球，但怎么也“抓”不起來，他們分析是缺少一個相對穩定的氣流環境。靈機一動，他們用空的礦泉水瓶做了一個腔，嘗試在礦泉水瓶中釋放納米小球，最后竟然真的成功抓到了小球。

高曉文說，“那是第一次抓到小球，當天晚上我們就去聚餐了，萬里長征邁出了第一步。”而為了將納米尺寸的小球高效穩定地懸浮在超高真空光阱中，項目組李翠紅副研究員和同事一起找遍國內外小球樣品，探索小球的制備技術，構建小球知識庫，目前已成功實現接近100%的納米球高真空成功捕獲率。

“優質的實驗環境直接提升了我們的研究效率，之江實驗室在智能計算和人工智能領域的科研優勢，幫助我們構建了獨具特色的傳感單元預處理工藝、捕獲表征算法和單電荷精度調節手段，并最終形成了極弱力測量特色技術群，具備了支撐科學研究、產業應用等多方面的技術能力。”高曉文表示。

“高原造峰”和“大兵團作戰”

在量子研究領域，目前主要有量子傳感、量子通信、量子計算三個研究方向。2019年7月，基于光動量效應的極弱力測量科學裝置，作為之江實驗室第一批重大科學裝置立項建設，之江實驗室由此開啟量子傳感方向的探索。

裝置立項之初，之江實驗室便快速聚集了領域內優勢科研機構共同參與研究和建設，高曉文、傅振海、李翠紅等人由此從各個高校和科研院所匯聚到之江實驗室。

“我在浙江大學讀博期間，跟隨導師開始了極弱力測量裝置的前期研究，并搭建了最初的實驗裝置原型。之江實驗室啟動裝置建設項目后，我就和團隊一起加入之江，與該研究領域內的頂尖科學家們一起，共同沖擊更高的極弱力測量目標。”高曉文說。

這樣的“之江速度”，得益于實驗室主任朱世強一直倡導的“高原造峰”創新模式和“大兵團作戰”科研組織模式。短短3年，高曉文和團隊伙伴們日夜攻關，突破了多項核心關鍵技術，裝置的核心性能指標也實現了“三級跳”，達到了國際領先水平。

“我們已經建立了一支極具戰斗力的研究團隊，年輕人在科研實戰中快速成長，已經具備了支撐科學研究、產業應用等多方面的能力。”高曉文說。

在高曉文看來，此次成功研制新一代極弱力測量科學裝置是團隊邁向更廣闊科研領域的基石，更多高水平科研成果正在等待他們去收獲。據了解，項目組目前已經借助新一代極弱力測量科學裝置，陸續啟動關于非牛頓力、卡西米爾力、弱力計量、宏觀量子態、微觀熱力學、高頻引力波等前沿科學領域的研究工作。

中青報·中青網記者 蔣雨彤 通訊員 周立超 來源：中國青年報