日本科学家刷新实验室磁场强度记录实验场面非常壮观

　　日本科学家实现了高达1200特斯拉的超强磁场，刷新实验室磁场强度记录。实验场面非常壮观，实验仪器和一扇铁门瞬间壮烈牺牲，好在无人伤亡。
　　团队负责人嶽山正二郎教授表示，他也没想到磁场会这么强，原本估计能达到700特斯拉。
　　近期，科学界除了黎曼猜想和诺奖以外，还有一件大事情就在诺奖颁布的几日前，日本科学家宣布刷新世界最强磁场纪录，制造出1200特斯拉的超强磁场。
　　而在这个超强磁场诞生的一瞬间，整个实验室瞬间一路火花带闪电，场面颇为壮观也十分惊险。万幸的是，当时研究人员们所处的控制室与实验室仍有一定距离，最终无人伤亡，只有仪器和一扇铁门英勇牺牲。
　　图丨地表最强磁场果然大场面
　　这个看似疯狂的实验由日本东京大学嶽山正二郎教授（ShojiroTakeyama）带领团队于今年4月完成，论文发表在今年9月的《科学仪器评论》（ReviewofScientificInstruments）上。
　　在如此强大的磁场中，电子的运动会被限制在1纳米的空间内，从而允许研究人员进行更精准的测量，探索新的固体物理学奥秘。那么，这个1200特斯拉究竟是什么一个概念呢？
　　图丨一只在磁场中悬浮的青蛙
　　在以往的实验中，科学家曾利用16特斯拉的磁场让一只（无辜的）青蛙悬浮在空中，但我们生活中几乎接触不到16特斯拉的磁场，更别提1200特斯拉了。
　　日本科学家：我也没想到它这么强啊！
　　早在今年1月，嶽山正二郎教授及其团队就利用电磁浓缩法成功产生了985特斯拉的磁场，刷新了室内可控磁场强度的记录。
　　图丨ShojiroTakeyama（来源：东京大学）
　　在强烈进取心的驱使下，研究团队在当时曾表示，1000特斯拉以上的磁场才是他们追求的目标。经过3个月的不断研究，嶽山的研究团队终于打破了自己的记录。
　　但是幸福总是短暂的，强度高达1200特斯拉的磁场持续了100微秒约为人眨眼时间的三千分之一，之后就烧毁了实验线圈，还顺便破坏了实验室的铁门。可谓是事了拂袖去，深藏功与名。
　　图嶽山研究室合影（来源：嶽山研究室）
　　至于破纪录磁场的诞生过程，研究室的主要负责人嶽山正二郎教授表示：我也没想到一下子造出了1200特斯拉的磁场。原本估计这次实验会创造出700特斯拉左右的磁场，所以就按照这个强度设计了实验室的厚铁门，因此在实验中被炸坏了。所幸没有人受伤。
　　要知道，我们生活中接触的最强磁场可能就是医院的核磁共振仪了，它的主磁体可以达到3特斯拉的强度，仅为实验中磁场强度的1400。至于我们熟悉的普通磁铁和冰箱贴，它们的磁场强度仅有0。0010。01特斯拉，完全无法相提并论。
　　事实上，俄罗斯科学家早在2001年就曾经创造出2800特斯拉的超强磁场，但是他们采用的方法非常极端：在电线圈和磁场产生设备附近引爆成吨的TNT炸药，用爆炸带来的冲击力压缩磁场，提高磁场强度。显而易见，这个自毁式的方法根本无法在室内进行，也无法有效地控制和重复，因为所有实验设备都会被炸毁。
　　刹那间结束的实验
　　实验中使用的磁场产生设备十分庞大和复杂，其核心部分由储存巨大能量的电容器，主线圈，内衬管和励磁线圈组成，一些零部件甚至只有少数公司才能生产。
　　图部分实验设备结构图（左）和实验数据图（右）（来源：嶽山正二郎）
　　在开启设备后，充满电的电容器（图中左上灰色区域）会提供3。2兆焦耳（最多5兆焦耳）的能量。这些能量通过480根独立电线传输到主线圈（图中左下灰色圆环）中，由此产生的电流以每微秒40万安培的速度增加，最终达四百万安培。这种瞬间产生的巨大电流会创造一个强磁场，并在1。5毫米厚的内衬管（图中左下橘黄色圆柱体）内部产生感应电流。
　　这两股电流会产生互相排斥的磁场。由于主线圈由铜和铁制成，相对于薄薄的铜内衬管更加厚重，因此排斥力和质量的差异会让内衬管以5千米秒的速度向内内爆。这种现象会不断压缩主线圈的静态磁场，其强度约为3。2特斯拉，与核磁共振仪主磁体相当。
　　在压缩过程中，研究人员利用了法拉第效应来测量磁场的强度，即当激光穿过磁场时，它的偏振会被磁场扭曲，结合传播介质的长度和扭曲的角度，便可以得出磁场强度。他们在主线圈中放入了反射性光学探测装置，辅以熔融石英棒，透镜，塑料棒和磁场探头等多种微米和毫米级器材，来识别和测量入射激光的偏振等数据，再经过分析射出的激光数据，计算得出最终的磁场强度变化和峰值。
　　图磁场强度的测量方法（来源：嶽山正二郎）
　　在经过了40多微秒的挣扎后，内衬管无法再一步压缩，其磁场强度达到了1200特斯拉的峰值。此后，内衬管以相似的速度回弹，这股强大的力量最终带着主线圈一起同归于尽，并将实验室的铁门也炸坏了，留下了自己来过的痕迹。
　　至于追求超强磁场的理由，嶽山正二郎教授解释说，当磁场强度超过1000特斯拉时，你就会发现更有趣的可能性。你可以在电子不常在的材料环境中观察它们的运动，探索新的电子设备种类，比如纳米级别的电子设备。
　　这项研究还有助于核聚变发电技术的研发，因为稳定核聚变所需的托卡马克装置需要数千特斯拉的强磁场，并且维持数微秒的时长。
　　如果研究团队可以进一步提高磁场强度和可控性，那么我们或许离可控的核聚变发电技术又近了一步。
　　目前，研究团队正在追求更高的强度记录。我们需要调整一下磁场生成器，然后重建一个铁柜（实验室）。相比这次的3。2兆焦耳，下次我们要充入5兆焦耳的能量，应该可以达到1500特斯拉的强度，嶽山正二郎教授如是说。
　　而参考嶽山教授这一次的经验的话，下一次磁场的最终强度有可能远超1500特斯拉。因此，面对这种积极进取的科研精神，我们除了希望新纪录可以早日出现以外，也祝愿嶽山团队的新实验室能够准备一个更坚固的门。