理工科學生的科學殿堂:全球十大頂級實驗室

實驗室是科學研究的重要場所,世界上很多偉大的科技成果就是誕生在實驗室。那麼,你知道全球最頂尖的實驗室有哪些嗎?本文中盤點了一批全球著名的實驗室,你都聽說哪些實驗室呢?

勞倫斯伯克利國家實驗室

勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL或LBL),美國最傑出的國家實驗室之一,位於舊金山灣區東北部、美國著名學府加利福尼亞大學伯克利分校後山(Berkeley Hills)。勞倫斯實驗室隸屬美國能源部,具體由加州大學負責運行;實驗室前身是“加州大學輻射實驗室”,而後爲了紀念伯克利著名實驗物理學家歐內斯特·勞倫斯(Ernest O. Lawrence, 1939年物理諾貝爾獎得主)而更名爲勞倫斯伯克利國家實驗室。

勞倫斯伯克利國家實驗室的研究領域包括物理學、生命科學、化學等基礎科學,還包括能源效率、迴旋加速器、先進材料、粒子加速器、檢測器,工程學、計算機科學等,在材料研究方面主要是納米材料、磁性材料、薄膜材料、超導材料等。 在科學界,LBNL相當於“卓越”(Excellence)的同義詞。

截止2015年,與勞倫斯實驗室相關的13個科學家及組織獲得諾貝爾獎、70位科學家是美國國家科學院(NAS)的院士(院士在美國是科學家最高的榮譽之一)、13 位科學家獲得了科研領域國家最高終身成就獎—美國國家科學獎章、18位工程師當選爲美國國家工程院院士、3位科學家被選入醫學研究所等等。此外,LBNL培養了數千名大學理科和工程專業的學生,他們推動着全美國和世界各地的技術革新。該實驗室爲美國第一顆原子彈及氫彈的研製提供了最原始最基本的實驗以及機械支持。勞倫斯實驗室對幫助判斷什麼是二戰的三個最有價值的技術開發項目(原子彈,低空爆炸信管和雷達)作出了貢獻。

代表性成就:

¨發明了迴旋加速器 - 歐內斯特·勞倫斯(E.O. Lawrence)獲得1939年諾貝爾物理獎的圓形加速器;

¨發現了鎿和鈈 - 產生了第一個超鈾元素,埃德溫·麥克米倫(Edwin McMillan)和西博格(Glenn Seaborg)獲得1951年諾貝爾化學獎

¨發現了碳14 - 稱爲測定人類史前古器物年代的原子鐘;

¨發明了第一臺質子直線加速器 - 至今腫瘤門診用於治療癌症的一種類型的加速器;


洛斯阿拉莫斯國家實驗室

洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory),簡稱阿拉莫斯實驗室(LANL),位於美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯,以前因爲保密原因對外稱爲“Y地點(Site Y)”,隸屬於美國能源部。該實驗室最初由加利福尼亞大學伯克利分校全權負責運行管理,1952年後移交於加州大學管理,而後在2007年變更爲由洛斯阿拉莫斯國家安全機構(加州大學等機構共同構成)運行管理。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室建立在1943年,曾雲集大批世界頂尖科學家,其建立者包括“原子彈之父”奧本海默、“氫彈之父”愛德華·泰勒以及諾貝爾物理獎得主歐內斯特·勞倫斯,發明了世界上第一顆原子彈和第一顆氫彈,是著名的科學城和高科技輻射源。洛斯阿拉莫斯國家實驗室是世界上最大的多功能實驗室之一,1943年開始祕密運轉,當時的第一個任務是“曼哈頓計劃”。

代表性成就

(1)阿拉莫斯實驗室總共研製了3枚原子彈,第一枚爲實驗彈,美國在1945年7月16日在新墨西哥州的阿拉莫戈多附近第一次成功地舉行了核試驗,代號“TRINITY”。另外兩枚的名字分別爲“小男孩”和“胖子”,一個投到了廣島,另一個投到了長崎。

(2)2015年11月,洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣佈,聯手美國聯邦政府能源部下屬另外兩家國家實驗室,即勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和桑迪亞國家實驗室,組成“極端規模(計算)性能(研究)聯盟(APEX)”,從事“未來先進技術高性能計算系統的設計、購置和開發”。 (3)2023年,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究人員首次揭示了宇宙中的核裂變現象,他們發現了裂變的潛在特徵,這表明自然界可能會產生超出元素週期表中最重元素的超重原子核。


林肯實驗室

林肯實驗室(Lincoln Laboratory),位於美國馬薩諸塞州的列剋星敦(Lexington),麻省理工學院於1951年創建了該實驗室,其前身是研製出雷達的“麻省理工輻射實驗室(MIT Radiation Lab)”。林肯實驗室隸屬於美國國防部,由麻省理工學院負責運行管理。

林肯實驗室是美國聯邦政府投資的研究中心,其基本使命是把高科技應用到國家安全的危急問題上。它很快在防空系統的高級電子學研究中贏得了聲譽,其研究範圍又迅速擴展到空間監控、導彈防禦、戰場監控、空中交通管制等領域,是美國大學第一個大規模、跨學科、多功能的技術研究開發實驗室。

代表性成就

1957年該實驗室建成全固態、可編程數字計算機控制的雷達系統 ( Millstone Hill radar ),實現了對空間目標的實時跟蹤,既能跟蹤蘇聯衛星的活動,也能監控卡那維拉爾角的火箭發射。 後來,這發展成彈道導彈戰略防禦系統,其中關鍵性的技術是數字信號處理和模式識別。

在20世紀60年代初期,林肯實驗室開發了衛星通信系統,導致8顆實驗通信衛星的發射。

在20世紀70年代初期,實驗室開始研究民航交通管制,強調雷達監控,進行惡劣氣象的檢測,開發了航空器的自動化控制裝置。

在20世紀80年代,實驗室爲克服大氣紊流的影響,開發了大功率激光雷達系統。

20世紀90年代,爲NASA等開發了傳感器。林肯實驗室則在開發陸地圖像處理設備。

橡樹嶺國家實驗室

橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory),簡稱ORNL,是美國能源部下屬的最大、最多樣化的綜合性國家實驗室。作爲世界上首屈一指的研究機構,ORNL構建起了溝通科學與工業技術的橋樑。

該實驗室位於美國田納西州,成立於1943年,現由田納西大學和巴特爾紀念研究所共同爲美國能源部管理。截至2024 年,ORNL共有員工超6000名,包括100多個學科的科學家和工程師。ORNL原稱克林頓實驗室(Clinton Laboratories),成立初的任務是開發分離鈾同位素所需的技術,爲生產世界上第一顆原子彈作出貢獻。

橡樹嶺國家實驗室主要開展基礎研究和應用開發,提供科學知識和技術上解決複雜問題的創新方法,增強美國在關鍵科學領域中的領先地位;提高清潔能源的利用率;恢復和保護環境、以及爲美國國家安全作貢獻。ORNL因其在科技領域,特別是材料科學、核研究、超級計算及環境領域的突破性貢獻而享譽全球。

代表性成就

爲第一顆原子彈的誕生做出重要貢獻


英國國家物理實驗室

英國國家物理實驗室(National Physical Laboratory),創建於1900年,坐落在英國倫敦特丁頓的Bushy Park,是英國國家測量基準研究中心,也是英國最大的應用物理研究組織。實驗室作爲高度工業化國家的計量中心,與全國工業、政府各部門、商業機構有着廣泛的日常聯繫,對外則作爲國家代表機構,與各國際組織、各國計量中心聯繫。它還對環境保護,例如噪聲、電磁輻射、大氣污染等方面向政府提供建議。


歐洲核子研究組織

歐洲核子研究組織(法語:Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire;英語:European Organization for Nuclear Research,1954年9月29日-),通常被簡稱爲CERN,是世界上最大型的粒子物理學實驗室,也是萬維網的發源地。整個機構位於瑞士日內瓦西部接壤法國的邊境。它成立於1954年9月29日,爲科學家提供必要的工具。他們在那裏研究物質如何構成和物質之間的力量。最初,歐洲核子研究組織的簽字發起人只有12位,會員增加到21名成員國。以色列是第一個也是唯一一個非歐洲成員國。

代表性成就

它還是世界上第一個網站,第一個網絡服務器,第一個瀏覽器的誕生地。


貝爾實驗室

貝爾實驗室(Alcatel-Lucent Bell Labs)是20世紀人類最偉大的實驗室之一,這個實驗室裏,走出過15位諾貝爾獎科學家,誕生了3萬多件專利。全世界人民耳熟能詳的太陽能電池、發光二極管、通信衛星、晶體管、激光器、數字交換機、電子數字計算機、C語言等發明,都誕生於此。貝爾實驗室堪稱是現代科技的搖籃,其使命是爲客戶創造、生產和提供富有創新性的技術。

代表性成就

香農(Claude Shannon)於1948年發表論文《通訊的數學原理》,奠定了現代通信理論的基礎。他的成果是部分基於奈奎斯特和哈特利先前在貝爾實驗室的成果。

貝爾實驗室發明光電池。

貝爾實驗室也是UNIX操作系統和C語言的發源地。C語言是由Brian Kernighan、Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 在1970年代早期開發的。在1980年代,又由比加尼·斯楚士舒普發展爲C 語言。


冷泉港實驗室

冷泉港實驗室(The Cold Spring Harbor Laboratory,縮寫CSHL),又譯爲科爾德斯普林實驗室,成立於1890年,是一個非盈利的私人科學研究與教育中心,位於美國紐約州長島上的冷泉港,此機構的研究對象包括癌症、神經生物學、植物遺傳學、基因組學以及生物信息學,其主要成就爲分子生物學領域,在該研究所一共誕生了8位諾貝爾獎得主。除科學研究外,冷泉港實驗室還參與了一些教育計劃。如今,約有300位研究人員在冷泉港實驗室從事科研工作。

冷泉港實驗室被譽爲世界生命科學聖地、“分子生物學搖籃”,名列世界影響最大的十大研究學院榜首。

冷泉港實驗室負責人詹姆斯·杜威·沃森先生是DNA雙螺旋結構圖的發現者之一,被稱爲DNA之父,諾貝爾獎得主,同時也是“國際人類基因組計劃”的倡導者和實施者。

冷泉港DNA學習中心是全球最有影響的生命科學教育基地。

(備註:冷泉港實驗室已經解除和沃森的所有關係。)


布魯克海文國家實驗室

布魯克海文國家實驗室(BNL)位於紐約長島薩福爾克縣(SUFFOLK COUNTY)中部,隸屬美國能源部,由紐約州立大學石溪分校和BATTELLE成立的公司布魯克海文科學學會負責管理。該實驗室成立於1947年,歷史上該實驗室曾經有7個項目獲得過諾貝爾獎。

BNL具有70年傑出科學成就的歷史,擁有3臺開展研究用的反應堆、數臺不同類型的粒子加速器和多種先進的研究裝置。它開創了核技術、高能物理、化學和生命科學、納米技術等多個領域的研究,取得多項令世界矚目的重大成果,並數次獲諾貝爾獎。

BNL已成爲世界著名的大型綜合性科學研究基地。 該實驗室成立於1947年,歷史上該實驗室曾經有7個項目12人次獲得過諾貝爾獎。實驗室擁有3000名員工,此外每年有超過4000名訪問學者在此工作。

李政道和楊振寧1956年在BNL工作期間,成功地解釋了在BNL的COSMOTRON加速器上所做粒子衰變實驗的結果,發現弱相互作用中宇稱不守恆,榮獲1957年諾貝爾物理獎。

丁肇中1974年利用BNL的AGS加速器開展物理實驗,與在SLAC國家加速器實驗室開展實驗的Burton Richter同時發現粲夸克,獲1976年諾貝爾物理獎。

阿貢國家實驗室

美國阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory,簡稱ANL)是美國政府最早建立的國家實驗室,也是美國最大的科學與工程研究實驗室之一——在美國中西部爲最大。阿貢前身是芝加哥大學的冶金實驗室(Metallurgical Lab),現在隸屬於美國能源部和芝加哥大學。諾貝爾物理學獎得主費米於1942年在此領導小組建立了人類第一臺可控核反應堆(芝加哥一號堆,Chicago Pile-1),完成了曼哈頓計劃的重要一環,並且使人類從此邁入原子能時代。

恩里科·費米(Enrico Fermi,1901-1954):因利用中子輻射發現新的放射性元素,及慢中子所引起的有關核反應,獲1938年諾貝爾物理學獎。

邁耶夫人(Maria Goeppert Mayer,1906-1972):因研究原子核殼模式取得的成果,獲得1963年諾貝爾物理學獎。

阿列克謝·阿布里科索夫(Alexei Abrikosov,1928-2017):因其提出的在極端低溫時物質如何顯示其奇異行爲理論,獲2003年諾貝爾物理學獎。

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