大国重器，杭州研究！微乎其微的“零磁”空间，将如何拓展人类边界？

据滨江发布消息，10月30日，杭州极弱磁大设施首个交叉研究平台基建项目开工。省委副书记、市委书记刘捷宣布开工，中国科学院院士房建成出席。

极弱磁大设施，是国家重大科技基础设施，类似的还有中国天眼FAST望远镜、硬X射线自由电子激光装置、高能同步辐射光源等。

作为杭州首个交叉研究平台，它主要承担重大科技成果工程化的实验验证，突破关键技术和装备制约的重大使命。

啥是“极弱磁”？

有人说，两个人互相思念达到一定的强度，就会产生磁场。这听起来有些玄乎其玄，但确实是真的。

现代科学技术已经揭示，一切物质都有磁性，任何空间都存在磁场。长期科学研究表明，绝大多数物质具有弱磁性。

譬如人类大脑，产生的磁场有多强？非常微弱，大约是 100 fT（磁感应强度单位），大概是地球磁场的十亿分之一。

因此，如果要给“极弱磁”下个定义，就是特指因为磁场太弱很难测量到或者无法感知到的磁场。

这么微弱的磁场，测量出来有什么用？

人类要获取物体的信息，就要对物体进行测量，测量的越精密，获取的信息越准确，也越有价值。

在经历机电式、光学式两代发展后，精密测量开始进入量子时代，逐步实现超高灵敏度磁场测量。

极弱磁场测量技术的发展历程

超高灵敏度磁场测量有量级之分，在极弱磁测量领域，最初磁强计灵敏度为nT量级，10-9（即 0.000000001）特斯拉；到了光泵磁强计可达到pT量级，即10-12特斯拉；超导量子干涉磁强计可以达到fT量级，10-15特斯拉。

此前，受困于测量装置精度达不到要求，许多设想在现实生活中还无法实现，有了超高灵敏磁场测量，使得人类可以获取新的实验数据、揭示新的自然现象、发现新的科学规律，从而获得了一种认识世界的新工具。

概况起来，超高灵敏极弱磁场重大科技基础设施主要有三个方面作用——

1.产生新的科学发现：神经信号测量与脑科学研究，实现“精准测量”，前沿物理学EDM（电偶极矩）等重大命题验证。

2.攻克重大心脑疾病发病机理：超高分辨率极弱磁成像技术，实现“高清成像”。

3.实现高端医疗装置“中国制造”：极弱磁成像代替功能核磁，推动高端医疗装备跨代发展。

举几个例子大家就明白了——

超高灵敏量子极弱磁场未来建设内容

比如通过超高灵敏磁场测量来实现的EDM（电偶极矩）高精度测量，可解决宇宙中物质反物质差别存在的问题，验证宇宙大爆炸理论的正确性，并为宇宙起源的研究提供支撑。

比如在深空深地探测领域，由于物质受到不同时间、不同强度环境磁场的磁化，会表现出不同的磁性，因此可以利用超高灵敏磁场测量开展物质极弱磁性的测量与分析。

2020年7月23日，我国发射了火星探测器“天问一号”，通过对火星采样返回物质的极弱磁性测试与分析，让我国对火星及宇宙演化规律有了进一步认识。

在地球深部探测中，对岩石样本磁性测定，可以帮助我们探究古环境、古气候变化，找到地球气候演化规律。

从浩瀚的宇宙回到人类自身。我们知道有种疾病叫“癫痫”，它是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病。

目前，基于结构成像的医疗设备无法对癫痫、自闭症等发育性脑疾病，阿尔兹海默病、帕金森症等退行性脑疾病，以及抑郁症、精神分裂症等其他精神类疾病进行有效的诊断。

超高灵敏极弱磁场测量为神经科学和脑科学研究开辟了新途径

通过极弱脑磁心磁超，可以建立高时空分辨率的成像系统，实现对生物体的磁源成像分析，为以上脑类疾病提供一种被动、无损、可穿戴、高灵敏的新型治疗手段。

在心脏疾病诊断方面，心绞痛和心梗是无法通过心电图看出来的，患者的心电图与正常人的是一样的。但心磁图就可以看出来。应用极弱磁场测量技术，捕捉身体自身发射的微弱磁信号，绘制出三维磁图，可以帮助医生更迅速地判断病症。

脑磁心磁检测功能成像高端医疗设备

中医针灸非常神奇，其机理是针刺人体经络穴位后，引起脑磁信号的变化。未来，通过对更多穴位、针刺细节等多因素进行研究，测量出不同穴位针刺后大脑的脑磁信号反馈，可以进一步优化针灸治疗方案。

十年内建成世界唯一、性能最高、空间最大的“零磁”空间

回到滨江发布消息，其中提到这一项目的使用单位是杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院。

该研究院成立于2020年12月，位于杭州国家高新技术产业开发区（滨江区），由中国科学院院士房建成教授担任理事长和首席科学家。

房建成院士，现任北京航空航天大学学术委员会主任，极弱磁场国家重大科技基础设施首席科学家，新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室主任，北京航空航天大学科学装置研究院院长、零磁科学中心主任等职。

据研究院官网介绍，其主要面向国家重大战略需求，开展超高灵敏极弱磁场与惯性测量装置的研制，为神经科学与脑科学、基础物理学等前沿研究提供有效手段，并服务空间探测和计量测试。

同时面向生命健康和经济主战场，研究院开展芯片级量子传感器技术和高分辨率极弱磁场人体功能成像技术研究，推动高精度量子传感器的产业化，实现高端医疗装备的原始创新。

据了解，杭州极弱磁大设施位于国际零磁科学谷。

未来将建设芯片化量子传感与系统技术、新一代医疗影像装备、新一代磁科技装备、量子精密测量与仪器四个技术创新中心，建设“零磁科学谷”和量子传感科学城。

以此大设施落地为契机，滨江区谋划建设了国际零磁科学谷•杭州江南科学城，规划总面积约37平方公里，西联城西科创大走廊，东接城东智造大走廊，形成南北联动的创新发展格局，将为杭州争创综合性国家科学中心提供重要支撑。

按照房建成院士的设想，十年内，杭州极弱磁大设施将建成世界唯一、性能最高、空间最大的“零磁”空间， “这是我多年的心愿”。

参考资料及图片来源：

1.《量子精密测量与传感》，北京航空航天大学官网。

2.杭州极弱磁场国家重大科技基础设施研究院官网。

都市快报·橙柿互动 记者 殷军领 林建安