《學霸的征途是星辰大海》第777章 下一步,超導! 六(1)

作者:見習人類觀察員·1天前

這天清晨,徐辰和往常一樣從臥室醒來,洗漱完畢後泡了杯濃茶,坐回書桌前。

“繼續幹活吧。儀器精度既然被卡死了,那就只能在‘實驗設計’本身上想辦法了……”

徐辰端起茶杯抿了一口,目光投向桌上那疊寫滿了超導公式的草稿紙,腦海中飛速運轉著。

在物理學史上,當現有的儀器精度摸到天花板時,頂尖的物理學家不會坐等工業界去造更好的機器,而是會透過極具想象力的“實驗設計”,用迂迴包抄的方式繞過儀器的限制。

最經典的例子,就是1912年的馬克斯·馮·勞厄。當時人類剛發現X射線不久,所有人都想測量X射線的波長,可它的波長只有零點幾奈米,而當時人類機械加工能刻出來的最精密的光學衍射光柵,縫隙也有幾千奈米寬。用這種粗糙的儀器去測X射線,就像用捕鯨的漁網去撈細菌,根本不可能成功。

勞厄是怎麼破局的?他沒有去死磕怎麼製造更細的人工光柵,而是突然靈光一閃——大自然裡的晶體,裡面的原子不就是天然按照零點幾奈米的距離、整整齊齊排列的嗎?!他直接把一塊硫酸銅晶體當成天然的“三維光柵”,用X射線一照,當場洗出了人類歷史上第一張晶體衍射斑點圖!既測出了X射線的波長,又順手開創了現代X射線晶體學,一舉拿下諾貝爾獎!

徐辰現在的處境,和當年的勞厄很像。

離子液體柵極和氮化硼保護層就像是兩堵牆,擋住了常規ST針和紫外光。要想在不拆牆、不破壞反常金屬態的前提下,直接看穿保護層,看清底下銅氧面裡庫珀對的配對能隙和集體激發,就不能用只停留在表面的軟紫外光,必須用穿透力極強的硬X射線!透過硬X射線共振非彈性散射(RIXS),像做CT一樣直接穿透上面的保護層,去精準轟擊底下銅原子的K邊內層電子!

想到這裡,徐辰在紙上飛快地寫下幾個散射截面方程,但很快,他的眉頭又緊緊鎖了起來:

“不對,硬X射線RIXS的共振散射截面比軟X射線小了好幾個數量級,普通的實驗室X射線管照上去,十天半個月都攢不出幾個有效光子。更何況,我的樣品只有十幾微米寬,需要把光束聚焦到百奈米級的針尖大小,同時還要保證毫電子伏特級別的極高能量解析度……”

“既要穿透厚厚的封裝層,又要光斑縮到奈米級,還要在單層樣品被高能輻射轟爛之前,用極高的光子通量密度瞬間把微弱的訊號‘洗’出來……”

徐辰筆尖猛地一頓,嘴裡下意識地吐出了一個名詞:

“要想同時滿足這幾個變態條件,全人類唯一能做到的光源,只有高能同步輻射光!”

什麼是同步輻射光?

簡單來說,當帶電粒子(比如電子)被加速到接近光速,並在磁場中拐彎做曲線運動時,因為速度方向劇烈改變,它就會沿著切線方向,像車燈一樣甩出一道極其刺眼、亮度極高、方向性極好的電磁波——這就是同步輻射光!

這種光,亮度比普通X光機高出上百億倍,是微觀世界的終極探照燈!

“可問題是,普通的第三代同步輻射光源,比如上海光源,它的電子束能量一般只有 3.5 GeV(十億電子伏特)左右。在硬X射線波段,它的相干光子通量密度還是不夠高,穿透離子液體柵極後信噪比會大打折扣,未必能看清反常金屬態裡那極其微弱的玻色子相位漲落譜……”

“除非……能有一臺電子束能量高達幾十甚至上百 GeV、發射度被壓到極限的超級環形加速器,在它的儲存環上加裝長週期波盪器,用它拐彎時甩出來的超高通量密度硬X射線來當探針……”

幾十上百 GeV 的環形電子加速器?

念頭閃過的一瞬間,徐辰整個人突然愣住了。

他緩緩轉過頭,目光盯在了桌角那臺安靜躺著的手機上。

一星期前,他在進入虛擬實驗室閉關前隨手回覆過的那條微信,彷彿一道閃電在腦海中轟然炸開,將所有的死衚衕瞬間劈得粉碎!

徐辰猛地從椅子上站起身,呼吸都變得急促起來:

“CEPC?!環形正負電子對撞機!!”

……

搞高能物理的人,私下裡常拿自家寶貝開一個玩笑:環形電子對撞機,是全世界最貴的“漏光燈泡”。

花幾百億造出來,本意是讓正負電子迎頭相撞,去尋找新粒子;可電子每在環裡拐一次彎,就會不情不願地往外甩出一大把光子,白白漏掉能量。為了補上這部分損耗,對撞機每年光電費就得燒掉好幾個億。

對高能物理學家來說,這道光是讓他們心疼的損耗;可對凝聚態物理學家來說,這是從天上掉下來的寶貝。

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……

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