北京懷柔雁棲湖畔，整體建筑形似放大鏡的高能同步輻射光源（HEPS）是我國正在建設(shè)的最新一代同步輻射光源。近日，其增強器正式通過工藝驗收，這是HEPS建設(shè)過程中的又一重要里程碑。

HEPS通過三級加速器（直線加速器、增強器和儲存環(huán)）將電子加速至接近光速，同時產(chǎn)生同步輻射光，利用同步輻射光穿透性強、高亮度、高強度和寬能譜等特點，可以幫助人們洞察更為隱秘的微觀物質(zhì)世界，揭示物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)生成及演化機制。

人類的生存和發(fā)展離不開對光的利用和開發(fā)，人類文明史也是一部利用和開發(fā)光資源的歷史。除可見光外，光還包括無法用肉眼觀察的無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線等。光的波長和能量決定了光與物質(zhì)的相互作用類型，不同波長的光可以像尺子一樣，測量不同尺度范圍內(nèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。若要探測宇宙星球，可以選用無線電波；而要在原子分子尺度探測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，則需要利用X射線。同步輻射光源是人類迄今所發(fā)明的最先進的X射線產(chǎn)生裝置和光子科學研究平臺。它如同一個超精密、超快、超穿透能力的巨型X光機，通過小光束穿透物質(zhì)表層，深入內(nèi)部進行立體掃描，從分子原子尺度觀察微觀世界。

同步輻射是指速度接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發(fā)出的電磁輻射，也叫做同步光。這個場景就像是在雨中快速轉(zhuǎn)動雨傘，沿傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠。與常規(guī)X射線相比，同步輻射光具有寬波段、高準直、高偏振、高亮度、高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，可以幫助人類觀察肉眼看不到的微觀世界。目前，全球正在運行的同步輻射光源有50多臺，是數(shù)量最多、支撐學科范圍最廣的大科學實驗設(shè)施，被譽為“前沿科研的眼睛”“科技的燈塔”。同步輻射光源在生物大分子結(jié)構(gòu)解析領(lǐng)域的相關(guān)研究已獲得5次諾貝爾獎，是現(xiàn)代科學不可或缺的大型研究平臺。

要想看到物質(zhì)里的細節(jié)，就要有足夠的亮度。就像打個手電筒看東西，手電筒越亮，就能看得越清楚。光越亮，意味著探測的精度越高、速度也越快。迄今，同步輻射光源經(jīng)歷了4次重要的技術(shù)升級和發(fā)展。經(jīng)過第一代、第二代的積累，第三代同步輻射光源取得質(zhì)的飛躍，采用小發(fā)射度電子束以及特殊設(shè)計的插入型輻射元件，產(chǎn)生高亮度的同步光。2017年，科學家利用同步輻射光實現(xiàn)對完整木乃伊內(nèi)部完好無損的檢測，這是目前其他技術(shù)無法做到的。2020年，我國科研人員借助同屬于第三代光源的上海光源，率先解析新冠病毒關(guān)鍵蛋白的高分辨結(jié)構(gòu)。

當前，全球已開啟第四代同步輻射光源，它將電子束進一步減低1—2個量級，將光源亮度提高2—3個數(shù)量級，其產(chǎn)生的更高亮度和更高相干性的同步光有助于相干X射線成像等新興實驗技術(shù)的發(fā)展，對材料科學、化學工程、能源環(huán)境、生物醫(yī)學、航空航天、科技考古等眾多基礎(chǔ)科學和前沿工程領(lǐng)域研究將產(chǎn)生重要推動作用。全球現(xiàn)已建成3臺第四代同步輻射光源。未來5年，預(yù)計將再建成近10臺。

高能同步輻射光源是我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃確定建設(shè)的10個重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，是基礎(chǔ)科學和工程科學等領(lǐng)域原創(chuàng)性、突破性創(chuàng)新研究的重要支撐平臺。除了HEPS，我國已啟動建設(shè)合肥先進光源（HALF）。人們期待，隨著更多同步輻射光源的建成，人類對微觀物質(zhì)世界的探索將獲得更多成果。

（作者分別為中國科學院高能物理研究所研究員、工程師）