Die mächtigste Waffe einer großen Nation: Forschung in Hangzhou! Wie wird der winzige „nullmagnetische“ Raum die Grenzen der Menschheit erweitern?

Laut der Ankündigung von Binjiang wurde am 30. Oktober mit dem Bau des ersten forschungsplattformübergreifenden Infrastrukturprojekts der Hangzhou Extremely Weak Magnetic Facility begonnen. Liu Jie, stellvertretender Sekretär des Provinzparteikomitees und Sekretär des Stadtparteikomitees, gab den Baubeginn bekannt, und Fang Jiancheng, ein Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, nahm an der Veranstaltung teil.

Die Anlage für extrem schwache Magnetfelder ist eine wichtige nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur. Zu ähnlichen Einrichtungen zählen Chinas FAST-Teleskop, der Freie-Elektronen-Laser für harte Röntgenstrahlen und die Hochenergie-Synchrotronstrahlungsquelle.

Als Hangzhous erste interdisziplinäre Forschungsplattform ist sie hauptsächlich für die experimentelle Überprüfung bedeutender wissenschaftlicher und technologischer Errungenschaften und die wichtige Aufgabe verantwortlich, die Beschränkungen wichtiger Technologien und Geräte zu durchbrechen.

Was ist ein „extrem schwaches Magnetfeld“?

Manche Leute sagen, dass ein Magnetfeld entsteht, wenn die Sehnsucht zweier Menschen nacheinander eine bestimmte Intensität erreicht. Das klingt etwas mysteriös, ist aber wahr.

Die moderne Wissenschaft und Technologie haben gezeigt, dass alle Materie magnetisch ist und dass in jedem Raum magnetische Felder vorhanden sind. Langjährige wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass die meisten Substanzen einen schwachen Magnetismus aufweisen.

Wie stark ist beispielsweise das vom menschlichen Gehirn erzeugte Magnetfeld? Es ist sehr schwach, etwa 100 fT (Einheit der magnetischen Induktionsintensität), was etwa einem Milliardstel des Magnetfelds der Erde entspricht.

Wenn wir also „extrem schwaches Magnetfeld“ definieren wollen, bezieht sich dies speziell auf das Magnetfeld, das schwer zu messen ist oder nicht wahrgenommen werden kann, weil es zu schwach ist.

Welchen Sinn hat es, ein so schwaches Magnetfeld zu messen?

Wenn der Mensch Informationen über Objekte erhalten möchte, muss er diese messen. Je präziser die Messung, desto genauer und wertvoller sind die erhaltenen Informationen.

Nach zwei Generationen der Entwicklung elektromechanischer und optischer Methoden ist die Präzisionsmessung in das Quantenzeitalter eingetreten und ermöglicht schrittweise die Messung ultrahochempfindlicher Magnetfelder.

Die Entwicklungsgeschichte der Messtechnik für extrem schwache Magnetfelder

Ultrahochempfindliche Magnetfeldmessungen werden in Größenordnungen unterteilt. Im Bereich extrem schwacher magnetischer Messungen lag die anfängliche Empfindlichkeit von Magnetometern in der Größenordnung von nT, 10-9 (d. h. 0,000000001) Tesla; optisch gepumpte Magnetometer können das pT-Niveau erreichen, also 10-12 Tesla; und supraleitende Quanteninterferenzmagnetometer können das fT-Niveau erreichen, 10-15 Tesla.

Viele Ideen ließen sich bisher nicht in die Praxis umsetzen, da die Genauigkeit der Messmittel nicht den Anforderungen entsprach. Mithilfe hochempfindlicher Magnetfeldmessungen können Menschen neue experimentelle Daten gewinnen, neue Naturphänomene aufdecken und neue wissenschaftliche Gesetze entdecken und so ein neues Instrument zum Verständnis der Welt gewinnen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die wissenschaftliche und technologische Infrastruktur mit ultrahoher Empfindlichkeit und extrem schwachen Magnetfeldern drei Hauptfunktionen hat:

1. Neue wissenschaftliche Entdeckungen generieren: Messung neuronaler Signale und Forschung in der Gehirnforschung, Erreichen von „Präzisionsmessungen“ und Verifizieren wichtiger Vorschläge wie Spitzenphysik EDM (elektrisches Dipolmoment).

2. Überwindung der Pathogenese wichtiger Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulärer Erkrankungen: Ultrahochauflösende, extrem schwache Magnetbildgebungstechnologie zur Erzielung einer „High-Definition-Bildgebung“.

3. Realisieren Sie hochwertige medizinische Geräte „Made in China“: Die ultraschwache Magnetbildgebung ersetzt die funktionelle Kernspinresonanz und fördert die generationsübergreifende Entwicklung hochwertiger medizinischer Geräte.

Lassen Sie mich Ihnen einige Beispiele geben, damit Sie es verstehen -

Zukünftiger Konstruktionsinhalt eines ultrahochempfindlichen Quanten-Ultra-Schwachmagnetfelds

So kann beispielsweise die hochpräzise Messung des elektrischen Dipolmoments (EDM) durch ultrahochempfindliche Magnetfeldmessung das Problem des Unterschieds zwischen Materie und Antimaterie im Universum lösen, die Richtigkeit der Urknalltheorie bestätigen und die Forschung zur Entstehung des Universums unterstützen.

Beispielsweise weisen Materialien im Bereich der Erforschung des Weltraums und der tiefen Erde unterschiedliche Magnetismen auf, da sie durch Magnetfelder in der Umgebung mit unterschiedlicher Dauer und Intensität magnetisiert werden. Daher können Magnetfeldmessungen mit ultrahoher Empfindlichkeit verwendet werden, um den extrem schwachen Magnetismus von Materialien zu messen und zu analysieren.

Am 23. Juli 2020 startete mein Land die Marssonde „Tianwen-1“. Durch die Prüfung extrem schwacher Magnetfelder und die Analyse von Materialien, die von Marsproben zurückgebracht wurden, hat mein Land ein tieferes Verständnis der Entwicklung des Mars und des Universums gewonnen.

Bei der Tiefenerkundung der Erde können uns magnetische Messungen von Gesteinsproben dabei helfen, alte Umgebungen und Klimaveränderungen zu erforschen und die Gesetze der Klimaentwicklung der Erde herauszufinden.

Vom riesigen Universum zurück zum Menschen selbst. Wir wissen, dass es eine Krankheit namens „Epilepsie“ gibt, eine chronische Erkrankung, bei der Gehirnneuronen plötzlich anormale Entladungen aufweisen, was zu einer vorübergehenden Funktionsstörung des Gehirns führt.

Derzeit können medizinische Geräte, die auf struktureller Bildgebung basieren, Entwicklungsstörungen des Gehirns wie Epilepsie und Autismus, degenerative Gehirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson sowie andere psychische Erkrankungen wie Depressionen und Schizophrenie nicht wirksam diagnostizieren.

Ultrahochempfindliche und extrem schwache Magnetfeldmessung eröffnet neue Wege für die Neuro- und Gehirnforschung

Durch extrem schwache Magnetokardiographie und magnetischen Ultraschall des Gehirns kann ein Bildgebungssystem mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung aufgebaut werden, um die magnetische Quelle des Organismus abzubilden und zu analysieren. Dadurch wird eine passive, zerstörungsfreie, tragbare und hochempfindliche neue Behandlungsmethode für die oben genannten Gehirnerkrankungen bereitgestellt.

Bei der Diagnose von Herzerkrankungen können Angina Pectoris und Herzinfarkt nicht durch ein Elektrokardiogramm erkannt werden, und das Elektrokardiogramm des Patienten ist dasselbe wie das eines normalen Menschen. Aber das Magnetokardiogramm kann es zeigen. Durch die Anwendung einer Technologie zur Messung extrem schwacher Magnetfelder können die vom Körper selbst ausgesendeten schwachen Magnetsignale erfasst und eine dreidimensionale magnetische Karte erstellt werden, die Ärzten dabei helfen kann, Krankheiten schneller zu diagnostizieren.

Magnetokardiographie-Erkennung des Gehirns, funktionelle Bildgebung, hochwertige medizinische Geräte

Die Akupunktur der Traditionellen Chinesischen Medizin hat eine ganz besondere magische Wirkung. Der Wirkmechanismus besteht darin, dass es nach der Akupunktur an den Meridianpunkten des menschlichen Körpers zu Veränderungen der magnetischen Signale des Gehirns kommt. Durch die Untersuchung weiterer Akupunkturpunkte, Akupunkturdetails und anderer Faktoren sowie durch die Messung der magnetischen Signalrückmeldung des Gehirns nach der Akupunktur an verschiedenen Akupunkturpunkten können Akupunkturbehandlungspläne künftig weiter optimiert werden.

Der weltweit einzige „nullmagnetische“ Raum mit der höchsten Leistung und dem größten Raum wird innerhalb von zehn Jahren gebaut

Zurück zu den von Binjiang veröffentlichten Nachrichten: Es wurde erwähnt, dass die Benutzereinheit dieses Projekts das Hangzhou Institute of Major Scientific and Technological Infrastructure for Extremely Weak Magnetic Fields ist.

Das Institut wurde im Dezember 2020 gegründet und befindet sich in der Hangzhou National High-tech Industrial Development Zone (Bezirk Binjiang). Professor Fang Jiancheng, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, fungiert als deren Vorsitzender und Chefwissenschaftler.

Der Akademiker Fang Jiancheng ist derzeit Direktor des Akademischen Komitees der Beihang-Universität, Chefwissenschaftler der Nationalen Großen Wissenschaftlichen und Technologischen Infrastruktur für extrem schwache Magnetfelder, Direktor des Nationalen Verteidigungs-Schlüsseldisziplinlabors für neue Trägheitsinstrumente und Navigationssystemtechnologie, Dekan des Forschungsinstituts für wissenschaftliche Geräte der Beihang-Universität und Direktor des Zero Magnetic Science Center.

Der offiziellen Website des Instituts zufolge konzentriert es sich vor allem auf die wichtigsten strategischen Bedürfnisse des Landes, entwickelt ultrahochempfindliche und extrem schwache Magnetfeld- und Trägheitsmessgeräte, bietet wirksame Mittel für Spitzenforschung in den Bereichen Neurowissenschaft und Gehirnforschung, Grundlagenphysik usw. und dient der Weltraumforschung und Messtechniktests.

Gleichzeitig betreibt das Institut angesichts der zentralen Herausforderungen in den Bereichen Leben, Gesundheit und Wirtschaft Forschungen zu Quantensensortechnologie auf Chipebene und hochauflösender funktioneller Bildgebungstechnologie für Menschen mit extrem schwachen Magnetfeldern, fördert die Industrialisierung hochpräziser Quantensensoren und verwirklicht originelle Innovationen im Bereich der medizinischen Spitzenausrüstung.

Es wird davon ausgegangen, dass sich die Hangzhou Extremely Weak Magnetic Facility im International Zero Magnetic Science Valley befindet.

In Zukunft sollen vier Technologie-Innovationszentren errichtet werden, darunter für chipbasierte Quantensensor- und Systemtechnologie, medizinische Bildgebungsgeräte der neuen Generation, Magnettechnologiegeräte der neuen Generation sowie Quantenpräzisionsmessung und -instrumentierung. Außerdem sollen ein „Zero Magnetic Science Valley“ und eine Quantum Sensing Science City entstehen.

Der Bezirk Binjiang nutzte die Gelegenheit zur Errichtung dieser großen Anlage und plante den Bau des International Zero Magnetic Science Valley·Hangzhou Jiangnan Science City mit einer geplanten Gesamtfläche von etwa 37 Quadratkilometern. Es wird den Wissenschafts- und Technologie-Innovationskorridor der West City im Westen mit dem Smart-Manufacturing-Korridor der East City im Osten verbinden und so ein Innovations- und Entwicklungsmuster bilden, das den Norden und den Süden verbindet. Es wird Hangzhous Bemühungen, ein umfassendes nationales Wissenschaftszentrum zu schaffen, maßgeblich unterstützen.

Nach der Idee des Akademikers Fang Jiancheng soll innerhalb von zehn Jahren die Hangzhou Extremely Weak Magnetic Field Facility im weltweit einzigen „Nullmagnet“-Raum mit der höchsten Leistung und der größten Fläche errichtet werden. „Das ist seit vielen Jahren mein Wunsch.“

Referenzen und Bildquellen:

1. „Quantum Precision Measurement and Sensing“, offizielle Website der Beijing University of Aeronautics and Astronautics.

2. Offizielle Website des Hangzhou National Institute of Extremely Weak Magnetic Field.

Metropolis Express·Chengshi Interactive-Reporter Yin Junling und Lin Jianan