“超級相機”，為微觀世界拍高清“紀錄片”

　　不久前，在位於廣東東莞的中國散裂中子源，我國首臺高能直接幾何非彈性中子散射飛行時間譜儀正式完成驗收並交付使用。這臺由中山大學和散裂中子源科學中心聯合研製建設的大型科研儀器，用於觀測物質微觀世界的結構與動力學性質，填補了我國百毫電子伏以上非彈性中子散射的空白。

　　“如果把常規的科學儀器比作人眼，那麼這臺譜儀就是一台‘超級相機’，能夠精準捕捉物質內部原子、分子在皮秒（萬億分之一秒）時間尺度下的動態，記錄下原子和分子振動、旋轉、傳遞能量的微觀過程。”建設團隊成員、中山大學物理學院副教授劉新智説，“就像是為物質微觀世界拍高清‘紀錄片’。”

　　“超級相機”如何讓微觀世界纖毫畢現？劉新智介紹，這臺“超級相機”的工作原理是通過測量物質的自旋波和聲子譜等動力學性質，研究構成物質的原子之間微觀相互作用。因此，科學家並非使用儀器直接觀測成像，而是利用中子不帶電、穿透力強的特性，探測物質內部的微觀運動——當中子與物質中的原子核或電子發生“非彈性碰撞”時，中子會改變速度與方向，通過這些變化可以反推出物質內部的動態信息。

　　中山大學物理學院副院長王猛介紹，這臺譜儀可以獲取散射後中子的空間分佈信息和能量變化，在動量與能量空間測量物質微觀結構的動力學行為，確定材料內部磁性原子關聯強度，為物理、化學、生物、材料等學科的前沿基礎研究提供支撐平臺。

　　“借助它獨特的洞察力，科學家將進一步看清前所未見的微觀世界。”王猛介紹，在高溫超導研究領域，這臺譜儀能夠精確測量超導體中的自旋漲落，測量超導材料的聲子譜態密度，為揭示高溫超導機理提供關鍵實驗證據；在能源材料領域，這臺譜儀可以測量熱電材料聲子譜的空間分佈，為設計更高性能的熱電材料提供指導；在生物醫藥領域，通過中子散射技術，科學家能夠在更接近生理環境的條件下研究生物分子的運動，為新藥研發開闢新途徑。

　　這臺大國重器的建造過程殊為不易。中山大學副校長鄭躍介紹，2017年，中山大學與中國科學院高能物理研究所簽署戰略合作協議，經過兩年的論證和預研，確定建設中國首臺高能非彈性中子散射譜儀，並於2019年啟動建設；多個專業技術組通力協作，自研攻克中子斬波器、超大型真空散射腔等關鍵部件；2023年1月，成功在譜儀上輸出中子，隨後譜儀進入帶束調試階段，並在當年測得標準樣品釩的聲子譜，採集首個非彈性散射信號。

　　王猛介紹，經過兩年多的調試，這臺“超級相機”的各項指標均已達到國際領先水平。利用費米斬波器和帶寬斬波器協同工作，可實現多波長模式和單波長模式的快速切換；譜儀提供的高低溫環境和磁場環境可以覆蓋絕大多數的非彈性中子散射實驗場景。

　　這臺“超級相機”將面向國內外研究人員開放使用，服務國家戰略需求，培養一流專業人才。目前建設團隊已啟動了譜儀樣品多場耦合加載分析模塊的研製，該項目已獲得國家重大科研儀器研製專項的支持。