Skala robi wrażenie dopiero w porównaniu. Typowy kliniczny rezonans magnetyczny pracuje zwykle w polu rzędu kilku tesli, a tu mówimy o wartościach ponad dziesięciokrotnie większych. Jeszcze mocniej działa zestawienie z tym, co mamy za oknem: pole 35,6 tesli jest ponad 700 tysięcy razy silniejsze od ziemskiego pola magnetycznego. W takim reżimie materia potrafi zachowywać się w sposób, którego nie widać w standardowych warunkach laboratoryjnych.
Technologia zmieniająca reguły gry
Kluczem do sukcesu jest nadprzewodnictwo. W tradycyjnych elektromagnesach rosnące pole oznacza rosnące straty energii i gwałtowny problem z ciepłem, które trzeba odprowadzić. W magnesie nadprzewodnikowym opór elektryczny praktycznie znika, dzięki czemu można generować ekstremalne pola stabilniej i efektywniej energetycznie, o ile utrzyma się warunki pracy nadprzewodnika. Chińska Akademia Nauk podkreśla, że urządzenie w Huairou jest magnesem użytkownika – nie demonstratorem do jednego eksperymentu, ale narzędziem przygotowanym pod realne programy badawcze.
Istotnym parametrem jest też przestrzeń robocza. Magnes ma użyteczny otwór o średnicy 35 milimetrów. Dla laika to niewiele, ale dla fizyków materii skondensowanej, chemików i materiałoznawców to pełnoprawna komora eksperymentalna, do której można wprowadzać próbki i aparaturę pomiarową, a następnie obserwować ich zachowanie w polu, które wymusza nowe stany elektronowe i inne konfiguracje spinów.
Stabilność, która otwiera nowe możliwości
Jedno jest wykręcić rekord, a drugie to utrzymać parametry na tyle długo, by eksperyment miał sens. W przypadku tej instalacji podkreśla się nie tylko rekord 35,6 tesli, ale też zdolność do długiej, stabilnej pracy w wysokim polu: urządzenie ma utrzymywać 35,6 tesli przez ponad 200 godzin, czyli ponad osiem dni ciągłych pomiarów. Dla wielu badań to warunek krytyczny, bo część zjawisk wymaga długich serii pomiarowych, stabilizacji temperatury, wielokrotnego powtarzania cykli lub akwizycji sygnałów o niskiej amplitudzie.
SECUF od początku był projektowany jako infrastruktura warunków ekstremalnych, a nie wyłącznie magnes. Zgodnie z opisami instytucji i komunikatami ośrodka ma integrować silne pola magnetyczne z innymi reżimami: ultraniskimi temperaturami, ultrawysokimi ciśnieniami czy ultraszybkimi polami optycznymi. To właśnie synergia robi tu największą różnicę, bo wiele współczesnych pytań w fizyce i nauce o materiałach rozwiązuje się dopiero wtedy, gdy na próbkę działa naraz kilka ekstremów.
Od materiałów przyszłości po biologię strukturalną
Najbardziej oczywiste pole zastosowań to fizyka i inżynieria materiałowa. Silne pole magnetyczne pozwala rozdzielać subtelne efekty kwantowe, wyciągać z materiałów informacje o strukturze pasmowej, sprzężeniach spinowych i zachowaniu nośników ładunku. W praktyce jest to narzędzie do atakowania problemów, które od lat blokują przełomy technologiczne, jak choćby pełne zrozumienie mechanizmów nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego i kontrola jego parametrów w warunkach użytkowych.
Znaczenie ma też dla obszarów na styku, w tym dla badań struktur złożonych cząsteczek i układów biologicznych, gdzie pole magnetyczne bywa wykorzystywane jako wyjątkowo czuła soczewka do zaglądania w detale, których nie widać w słabszych polach. Tu nie chodzi o to, że taki magnes zastąpi aparaturę medyczną, ale o to, że może dostarczać danych i metod, które później przekładają się na diagnostykę lub projektowanie leków.
Nauka bez granic, czyli kto będzie mógł z tego skorzystać?
SECUF jest opisywany jako user facility, czyli ośrodek udostępniający czas aparaturowy zewnętrznym zespołom. Według przekazów CAS i mediów państwowych celem jest otwieranie infrastruktury także na współpracę międzynarodową i przyjmowanie projektów badawczych z zewnątrz. To istotne, bo w nauce o materiałach i w fizyce materii skondensowanej przewagę często buduje się nie pojedynczym wynikiem, ale dostępem do najlepszych narzędzi i możliwości szybkiej weryfikacji hipotez przez wiele niezależnych grup.
Powstanie tego magnesu jest przypisywane współpracy jednostek pod egidą Chińskiej Akademii Nauk, m.in. Instytutu Inżynierii Elektrycznej i Instytutu Fizyki. To także dobra ilustracja, że rekordowe narzędzia nie rodzą się w jednej dziedzinie: wymagają jednocześnie materiałoznawstwa, kriogeniki, inżynierii wysokich prądów i precyzyjnej metrologii.
Nowy rekord 35,6 tesli jest medialnie atrakcyjny, ale sens tego urządzenia leży gdzie indziej: w tym, że daje stabilny, długotrwały dostęp do reżimu, w którym ujawniają się nowe fazy materii i nowe mechanizmy kwantowe. Jeżeli SECUF rzeczywiście stanie się szeroko używanym ośrodkiem, to w kolejnych miesiącach i latach ważniejsze od samej liczby tesli będą publikacje, które powstaną dzięki temu polu. Rekord zostanie w tabelach, ale to wyniki z eksperymentów zdecydują, czy ciche brzęczenie z Huairou przełoży się na realną zmianę zasad gry w nauce o materiałach, fizyce kwantowej i technologiach przyszłości.