今年1月20日以來，京北雁棲湖畔，這處曾經名不見經傳的京郊田園，忽然陸續(xù)收到海內外36家科研院所、高等院校和高新企業(yè)拋來的57份預約申請。這些申請青睞的是藏身于此的綜合極端條件實驗裝置。
五年磨劍，鋒刃初試。1月20日正是它廣發(fā)“英雄帖”，面向國內外用戶開放預約使用的日子。
高能同步輻射光源建設圖。 張文超攝
綜合極端條件實驗裝置的東方，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置也已建成運行，高能同步輻射光源、子午工程二期正在進行設備安裝，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施基建工程預計今年全面竣工。這5個大科學裝置所在的地方，有一個響亮的名字——懷柔科學城。
國際科技創(chuàng)新中心是中央賦予北京的“四個中心”城市戰(zhàn)略定位之一，也是北京“五子”聯(lián)動格局的關鍵一環(huán)。懷柔科學城肩負著在基礎科學領域固本強基的重要使命，隨著綜合極端條件實驗裝置等大國重器建成運行，這個生機勃勃的城，正向著世界級原始創(chuàng)新策源地發(fā)起沖擊。
科技工作者越聚越多
科技登峰，人才先行。今朝廣發(fā)“英雄帖”，背后是中國科學院物理研究所的科研人員們踔厲拓荒。
2017年9月28日，由物理所等承擔的綜合極端條件實驗裝置正式啟動建設，這是懷柔科學城第一個開工的國家重大科技基礎設施。盡管按照進度時間表，綜合極端條件實驗裝置要到2022年才能全面投用，但科研人員卻有些迫不及待，他們邊建設邊運維。2020年10月，中科院物理所懷柔園區(qū)正式啟用，5個實驗組、150余名科研人員“搶跑”進入工作狀態(tài)。
搬到懷柔科學城奮戰(zhàn)至今，中科院物理所研究員石友國終于可以拍著胸脯說：“這是我們夢想中的實驗室！”在他的實驗室里，大小不一、形狀各異的爐具一字排開，爐內溫度在控制面板上實時更新顯示：低則幾百攝氏度，高到一千多攝氏度。石友國戲稱，這是自己的“煉丹房”。爐里放的不是藥材，而是單晶。“單晶是不少材料課題組研究的基礎物質，將基礎化學物質進行配比并封存在試管中后，投入實驗爐具高溫煉制，少則7天，多則一月，就能制作出不同成分的單晶。”石友國說，以前的研發(fā)實驗場地空間有限，設備也不夠使，檢測樣本需要預約排隊，大量的樣本只有5%左右可以檢驗。如今，他的團隊實驗室面積擴充了4倍多，實驗爐足有100多臺，開展科研任務的效率得到了極大提升。
同屬物理所的趙懷周團隊與石友國有著同樣感受。搬到懷柔科學城后，他們得以設計出國內首臺熱擠壓碲化鉍材料的試驗樣機。“過去我們一直在研究這種被國外‘卡脖子’的新材料，但受限于以前的場地條件，一直沒制作出樣機。”趙懷周說，自從團隊“解鎖”了制作這種材料的新技術后，多家熱電芯片制作企業(yè)拋來橄欖枝。
戰(zhàn)友們越聚越多。伴隨科學城的建設與發(fā)展，目前已有中科院高能物理所、國家空間科學中心等18家科研院所入駐懷柔，雁棲湖畔、青山綠水間開展工作的科研人員超過3000人。
未來，并肩作戰(zhàn)的還會有海外同行。
綜合極端條件實驗裝置集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件為一體，一共有18個實驗站。今年1月20日，首批通過性能工藝測試的5個實驗站啟動普通課題申請，通過中國科學院重大科技基礎設施共享服務平臺面向全球用戶開放預約。“申請者既有來自國內各大高校及科研院所的，也有不少來自國外的科研團隊。”綜合極端條件實驗裝置運營管理負責人、中科院物理所懷柔研究部辦公室主任楊翠介紹，“目前首輪課題申請和評審工作已初步完成，即將正式迎接用戶來訪。第一輪開放已收到57份普通課題申請，包括36家國內外科研院所、高等院校和高新企業(yè)的一線科研團隊。”
高能同步輻射光源效果圖。
致力“從0到1”的突破
一位位科研人員，猶如一顆顆火種，聚到懷柔科學城，合為燎原之焱，他們要照亮的是科學“無人區(qū)”、實現(xiàn)更多“從0到1”的突破。大科學裝置，正是他們探幽索隱的利器。
走進綜合極端條件實驗裝置的實驗大廳，兩層樓高的寬敞空間里，一組組設備分布在不同區(qū)域，組成一個個實驗站，如成人胳膊粗的管道連接著各項儀器。“這些都是輸送液氦的管道，眼前這棟樓是量子計算中心，主要研究在極低溫和強磁場兩種極端條件下的物質反應，液氦正是用來制冷的。”工作人員介紹，在物理學領域，有一個絕對零度的概念，即-273.15℃。通俗來講，代表冷到不可能再冷了的最低溫度，而在量子計算中心，能做到僅比絕對零度高0.001℃。“這是世界領先水平。”工作人員說，“在這種極低溫條件下，能觀察到物質豐富的表現(xiàn)形式，比如量子態(tài)，進而實現(xiàn)量子計算。”
新物態(tài)的探索和調控一直是物理學研究的主要內容，是物理研究賴以造福人類社會的主要途徑，因而具有重要的戰(zhàn)略意義。比如調控水的狀態(tài)把水變成水蒸氣，人類發(fā)明了蒸汽機，掀起了第一次工業(yè)革命；調控電磁場的狀態(tài)，人類開啟了第二次工業(yè)革命，進入電氣時代；調控電子能帶的狀態(tài)，導致了第三次工業(yè)革命——信息化。從物理學的角度，我們希望通過繼續(xù)調控物質的狀態(tài)、物質里電子的狀態(tài)，對第四次工業(yè)革命作出貢獻。
綜合極端條件實驗裝置幫助人們從新的角度觀察世界，另一個大科學裝置則是把地球直接搬進了實驗室。一路向東，懷柔科學城東擴至密云后，一座名為“寰”的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置落戶密云，目前已進入運行狀態(tài)。地球模擬實驗室的展廳里，直徑3米的地球“風起云涌”，再現(xiàn)不同時期大氣、海洋、植被狀況。拾級而上，5層樓高的超級計算機“硅立方”正為其提供算力支持。
“由大氣所自主研發(fā)的地球系統(tǒng)模式，集成耦合了包含大氣、海洋、陸面、植被生態(tài)、大氣化學、海洋生化、陸地生化在內的7個分系統(tǒng)，能夠模擬大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈，打造出一個相對完整的數(shù)字版‘孿生地球’。”中國科學院大氣物理研究所副研究員張賀介紹，“寰”的問世，打破了美國、日本等發(fā)達國家在全球氣候變化學術領域的主導權，我們在全球氣候變化特別是全球變暖減緩、控制措施等方面有了更強的話語權。
還有更多的科研裝置即將運行起來：高能同步輻射光源、子午工程二期正在進行設備安裝，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施基建工程預計今年全面竣工。作為北京綜合性國家科學中心建設的集中承載地，懷柔科學城如今邁入了建設與運行并重的階段，開展關鍵核心技術、顛覆性技術攻關。
聚四海之氣 借八方之力
不僅是5個大科學裝置，懷柔科學城已經陸續(xù)布局建設了近40個世界先進水平的科學設施平臺項目，成為全國設施平臺集聚程度最高、創(chuàng)新資源最豐富的區(qū)域之一。這些資源都不是封閉的，它們正敞開懷抱，迎接五洲才俊。
不拒眾流，方為江海。習近平總書記曾說過，自主創(chuàng)新是開放環(huán)境下的創(chuàng)新，絕不能關起門來搞，而是要聚四海之氣、借八方之力。國際合作中更多人使用一項科學設施會讓其成本效益最大化，也有助于在交流合作中擦出更多的思想火花，推動科學，特別是基礎科學的發(fā)展。
懷柔科學城在規(guī)劃之初就已經把“國際開放共享”寫進任務清單。以全球化視野謀劃和推進創(chuàng)新，打造高水平開放創(chuàng)新合作機制，拓展國際合作新路徑，加速融入全球創(chuàng)新網絡，打造國際科技開放合作的重要樞紐，是“十四五”時期懷柔科學城的發(fā)展目標之一。
加快形成國家戰(zhàn)略科技力量，是北京一直以來的探索。未來，北京將吸引國際科技組織在懷柔布局建設，支持設立實驗室、企業(yè)技術研究院、研發(fā)中心等各類研發(fā)機構和技術創(chuàng)新平臺；鼓勵國內外一流科研機構、研究型大學、創(chuàng)新型企業(yè)、國際科技組織，共同設立國際新型研發(fā)機構；鼓勵支持科學設施平臺面向國內外高校、科研院所、企事業(yè)單位充分開放共享，圍繞物質科學、空間科學、生命科學等基礎研究領域，發(fā)起國際聯(lián)合研究項目，集聚國際知名科學家和團隊資源，打造具有國際影響力和國際資源吸附力的創(chuàng)新綜合體。
科研人員在實驗室里開展攻關。
科學+城待賢才
若想廣納賢才，不僅要有過硬的硬件，還需營造貼心的軟件。
每天，伴著京東第一縷朝霞，多場低溫科技有限公司合伙人邢健與團隊成員開始技術攻關。這是一家很年輕的公司，創(chuàng)辦時間不長，主要成員均是中科院物理所畢業(yè)的博士，目前團隊20余人，其中8名全職博士平均年齡不到30歲。但公司的實力卻不“嫩”，瞄準高附加值、高技術難度的科研儀器關鍵部件，產品在世界范圍內都處于領先水平。為了沖擊更大的市場，這個年輕的團隊作出了一個頗有遠見的決定，到科學最前沿的地方去。
從北京市區(qū)搬來懷柔科學城，邢健和團隊成員看中的，不僅有最前沿的科學需求和市場機會，還有為科研人員量身打造的生活空間。
秉持“科學+城”的規(guī)劃理念，懷柔科學城正在為此而匠心精雕。緊鄰大科學裝置集中地區(qū)，一座老舊廠房搖身一變成為精致時尚的“科學家公寓”。從外表看，公寓保留了廠房原本的鋼框架，工業(yè)風十足，步入室內，寬敞明亮，舒適溫暖，房間布局特意為科學家增加了儲存空間、書架，增加長虹玻璃隔斷將原有空間進行分割，既能滿足會客需求又能保護隱私。休閑區(qū)域也增添了不少科技元素，還借用建筑內部空間營造生態(tài)小環(huán)境，打造綠意盎然的會客區(qū)。邢健團隊的不少成員就居住在此。
不僅如此，在保障科研生活方面，懷柔區(qū)正在研究建立科研人員通勤中轉無縫銜接體驗，區(qū)外實現(xiàn)軌道交通、自駕車、中科院班車高效換乘聯(lián)動；區(qū)內建設定制公交、現(xiàn)有公交、共享單車多元接駁保障體系。員工食堂、西餐廳、咖啡廳、便利店、商超、健身房、圖書室、電影院、快遞網點、銀行等基礎設施一應俱全，為科學城內的科研團隊提供了全方位服務。
安居方能樂業(yè)。懷柔已籌措8000余套各類住房服務科研人員，實現(xiàn)公租房、共有產權房、商品房等不同形式的分層分級供給；青苗國際學校、一零一中學、北京十一學校、中關村一小等優(yōu)質教育資源將陸續(xù)引入，加快北京大學懷密醫(yī)學中心建設及婦幼保健院遷建，滿足老人就醫(yī)、子女入學、配偶就業(yè)等家庭生活所需……
為服務外籍人才辦理業(yè)務，今年1月懷柔區(qū)啟用外國人出入境服務廳，實現(xiàn)外籍人才工作許可、工作類居留許可“一窗受理、同時取證”。迎接全世界的科學家和各領域人才，懷柔科學城未來將引進更多國際化機構，包括建立國際學校和中外合作辦學、建設國際人才社區(qū)、增加國際醫(yī)療服務能力等。
美麗的雁棲湖畔，一座邁向世界先進水平的綜合性科學中心正敞開懷抱迎接八方賓客，共同推動全球科學技術發(fā)展。
科研人員聚集懷柔科學城，在“夢想的實驗室”中大展拳腳。
他山之石
全球共探科學秘境
20世紀中葉以來，科學技術發(fā)展的突破，都離不開大科學裝置。世界各國紛紛投身建立大科學裝置的浪潮，以國際化和開放共享的姿態(tài)探索科技前沿領域。
全球頂尖科研團隊攜手攻關，已成為一種國際慣例，開放共享也成為大科學裝置的一個顯著特點。作為長時間運行大科學裝置的世界科技強國之一，德國亥姆霍茲聯(lián)合會的大科學裝置在2015—2017年分別有70.6%、72.6%、71%的機時為外部科學家所用。美國勞倫斯伯克利實驗室所擁有的5個大科學裝置，同樣向社會開放。
眼下，中國正在逐步推進國家重大科技基礎設施和大型科研儀器向社會開放，“共享共贏”“國家公共設施”成為大科學裝置的本質屬性和題中之義。如“天眼”、上海光源、“東方超環(huán)”等眾多大科學裝置已向國際團隊敞開懷抱。
