近期，科學(xué)界除了黎曼猜想和諾獎(jiǎng)以外，還有一件大事情！就在諾獎(jiǎng)?lì)C布的幾日前，日本科學(xué)家刷新世界最強(qiáng)磁場(chǎng)紀(jì)錄，制造出 1200 特斯拉的超強(qiáng)磁場(chǎng)。

而在這個(gè)超強(qiáng)磁場(chǎng)誕生的一瞬間，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室瞬間“一路火花帶閃電”，場(chǎng)面頗為壯觀也十分驚險(xiǎn)。萬(wàn)幸的是，當(dāng)時(shí)研究人員們所處的控制室與實(shí)驗(yàn)室仍有一定距離，最終無(wú)人傷亡，只有儀器和一扇鐵門(mén)英勇?tīng)奚?/P>

這個(gè)看似“瘋狂”的實(shí)驗(yàn)由日本東京大學(xué)?山正二郎教授（Shojiro Takeyama）帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)于今年 4 月完成，論文發(fā)表在今年 9 月的《科學(xué)儀器評(píng)論》上。

在如此強(qiáng)大的磁場(chǎng)中，電子的運(yùn)動(dòng)會(huì)被限制在1納米的空間內(nèi)，從而允許研究人員進(jìn)行更精準(zhǔn)的測(cè)量，探索新的固體物理學(xué)奧秘。那么，這個(gè) 1200 特斯拉究竟是什么一個(gè)概念呢？

在以往的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家曾利用 16 特斯拉的磁場(chǎng)讓一只（無(wú)辜的）青蛙懸浮在空中，但我們生活中幾乎接觸不到 16 特斯拉的磁場(chǎng)，更別提 1200 特斯拉了。

日本科學(xué)家：我也沒(méi)想到它這么強(qiáng)??！

早在今年 1 月，?山正二郎教授及其團(tuán)隊(duì)就利用“電磁濃縮法”成功產(chǎn)生了 985 特斯拉的磁場(chǎng)，刷新了室內(nèi)可控磁場(chǎng)強(qiáng)度的記錄。

在強(qiáng)烈進(jìn)取心的驅(qū)使下，研究團(tuán)隊(duì)在當(dāng)時(shí)曾表示，1000 特斯拉以上的磁場(chǎng)才是他們追求的目標(biāo)。經(jīng)過(guò) 3 個(gè)月的不斷研究，?山的研究團(tuán)隊(duì)終于打破了自己的記錄。

但是幸?？偸恰岸虝骸钡?，強(qiáng)度高達(dá) 1200 特斯拉的磁場(chǎng)持續(xù)了 100 微秒 ?? 約為人眨眼時(shí)間的三千分之一，之后就燒毀了實(shí)驗(yàn)線(xiàn)圈，還順便破壞了實(shí)驗(yàn)室的鐵門(mén)?？芍^是事了拂袖去，深藏“功與名”。

至于破紀(jì)錄磁場(chǎng)的誕生過(guò)程，研究室的主要負(fù)責(zé)人?山正二郎教授表示，“我也沒(méi)想到一下子造出了 1200 特斯拉的磁場(chǎng)。原本估計(jì)這次實(shí)驗(yàn)會(huì)創(chuàng)造出 700 特斯拉左右的磁場(chǎng)，所以就按照這個(gè)強(qiáng)度設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室的厚鐵門(mén)，因此在實(shí)驗(yàn)中被炸壞了。所幸沒(méi)有人受傷?！?/P>

要知道，我們生活中接觸的最強(qiáng)磁場(chǎng)可能就是醫(yī)院的核磁共振儀了，它的主磁體可以達(dá)到 3 特斯拉的強(qiáng)度，僅為實(shí)驗(yàn)中磁場(chǎng)強(qiáng)度的 1/400。至于我們熟悉的普通磁鐵和冰箱貼，它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度僅有 0.001-0.01 特斯拉，完全無(wú)法相提并論。

事實(shí)上，俄羅斯科學(xué)家早在 2001 年就曾經(jīng)創(chuàng)造出 2800 特斯拉的超強(qiáng)磁場(chǎng)，但是他們采用的方法非常極端：在電線(xiàn)圈和磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備附近引爆成噸的 TNT 炸藥，用爆炸帶來(lái)的沖擊力壓縮磁場(chǎng)，提高磁場(chǎng)強(qiáng)度。顯而易見(jiàn)，這個(gè)自毀式的方法根本無(wú)法在室內(nèi)進(jìn)行，也無(wú)法有效地控制和重復(fù)，因?yàn)樗袑?shí)驗(yàn)設(shè)備都會(huì)被炸毀。

剎那間結(jié)束的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中使用的磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備十分龐大和復(fù)雜，其核心部分由儲(chǔ)存巨大能量的電容器，主線(xiàn)圈，內(nèi)襯管和勵(lì)磁線(xiàn)圈組成，一些零部件甚至只有少數(shù)公司才能生產(chǎn)。

在開(kāi)啟設(shè)備后，充滿(mǎn)電的電容器（圖中左上灰色區(qū)域）會(huì)提供 3.2 兆焦耳（最多 5 兆焦耳）的能量。這些能量通過(guò) 480 根獨(dú)立電線(xiàn)傳輸?shù)街骶€(xiàn)圈（圖中左下灰色圓環(huán)）中，由此產(chǎn)生的電流以每微秒 4000 萬(wàn)安培的速度增加，最終達(dá)到 4 安培。這種瞬間產(chǎn)生的巨大電流會(huì)創(chuàng)造一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，并在 1.5 毫米厚的內(nèi)襯管（圖中左下橘黃色圓柱體）內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流。

這兩股電流會(huì)產(chǎn)生互相排斥的磁場(chǎng)。由于主線(xiàn)圈由銅和鐵制成，相對(duì)于薄薄的銅內(nèi)襯管更加厚重，因此排斥力和質(zhì)量的差異會(huì)讓內(nèi)襯管以 5 千米/秒的速度向內(nèi)內(nèi)爆。這種現(xiàn)象會(huì)不斷壓縮主線(xiàn)圈的靜態(tài)磁場(chǎng)，其強(qiáng)度約為 3.2 特斯拉，與核磁共振儀主磁體相當(dāng)。

在壓縮過(guò)程中，研究人員利用了法拉第效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的強(qiáng)度，即當(dāng)激光穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，它的偏振會(huì)被磁場(chǎng)扭曲，結(jié)合傳播介質(zhì)的長(zhǎng)度和扭曲的角度，便可以得出磁場(chǎng)強(qiáng)度。他們?cè)谥骶€(xiàn)圈中放入了反射性光學(xué)探測(cè)裝置，輔以熔融石英棒，透鏡，塑料棒和磁場(chǎng)探頭等多種微米和毫米級(jí)器材，來(lái)識(shí)別和測(cè)量入射激光的偏振等數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)分析射出的激光數(shù)據(jù)，計(jì)算得出最終的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化和峰值。

在經(jīng)過(guò)了 40 多微秒的掙扎后，內(nèi)襯管無(wú)法再一步壓縮，其磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了 1200 特斯拉的峰值。此后，內(nèi)襯管以相似的速度回彈，這股強(qiáng)大的力量最終帶著主線(xiàn)圈一起“同歸于盡”，并將實(shí)驗(yàn)室的鐵門(mén)也炸壞了，留下了自己來(lái)過(guò)的痕跡。

至于追求超強(qiáng)磁場(chǎng)的理由，?山正二郎教授解釋說(shuō)，“當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò) 1000 特斯拉時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)更有趣的可能性。你可以在電子不常在的材料環(huán)境中觀察它們的運(yùn)動(dòng)，探索新的電子設(shè)備種類(lèi)，比如納米級(jí)別的電子設(shè)備。”

這項(xiàng)研究還有助于核聚變發(fā)電技術(shù)的研發(fā)，因?yàn)榉€(wěn)定核聚變所需的托卡馬克裝置需要數(shù)千特斯拉的強(qiáng)磁場(chǎng)，并且維持?jǐn)?shù)微秒的時(shí)長(zhǎng)。

如果研究團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)一步提高磁場(chǎng)強(qiáng)度和可控性，那么我們或許離可控的核聚變發(fā)電技術(shù)又近了一步。