【收藏版】儀器無憂網深度盤點世界著名實驗室
實驗室是科學的搖籃，是科學研究的基地，對科技發(fā)展起著十分重要的作用。在國際上享有盛譽的著名實驗室更被喻為科研領域的麥加，是科技工作者向往和追隨的地方。這些實驗室往往代表了世界前沿基礎研究的最高水平，誕生了一大批諾貝爾獎獲得者和具有劃時代意義的科技創(chuàng)新成果，是開展高層次學術交流的重要場所。下面選取一些具有代表性的，分類加以介紹。
一、第一類是建立在大學里面，附屬于大學或者是由大學代管的實驗室。例如：英國劍橋大學的卡文迪什實驗室，莫斯科大學的物理實驗室，荷蘭萊頓大學的低溫實驗室，英國曼徹斯特大學的物理實驗室，等等。美國很多一流的研究型大學都為政府代管國家實驗室，這些設在大學里的國家實驗室作為原始性創(chuàng)新基地，在國家基礎研究、技術開發(fā)和科技攻關中承擔著重要使命。
1、加州大學伯克利分校的勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，簡稱LBNL）
勞倫斯伯克利國家實驗室位于美國加州大學伯克利分校，占地81公頃，毗鄰舊金山灣。它隸屬于美國能源部，由伯克利代管。勞倫斯伯克利實驗室是1939年諾貝爾物理學獎得主歐內斯特.奧蘭多.勞倫斯先生于1931年建立的，早期關注于高能物理領域的研究，建起了第一批電子直線加速器，發(fā)現了一系列超重元素，開辟了放射性同位素、重離子科學等研究方向，成為美國乃至世界核物理學的圣地。它是美國一系列著名實驗室：Livermore，Los Alamos，Brookhaven等實驗室的先驅，也是世界上成百所加速器實驗室的楷模。勞倫斯伯克利國家實驗室現在研究的領域非常寬泛，下設18個研究所和研究中心，涵蓋了高能物理、地球科學、環(huán)境科學、計算機科學、能源科學、材料科學等多個學科。勞倫斯伯克利實驗室建立以來，共培養(yǎng)了5位諾貝爾物理學獎得主和4位諾貝爾化學獎得主。勞倫斯伯克利國家實驗室現有3800名雇員，其中相當一部分是伯克利分校的老師和學生，2004年的財政預算超過5億美元。特別值得提出的是，目前實驗室的主任是朱棣文先生，他是極少數擔任美國國家學術機構領導的華人之一。
2、麻省理工學院的林肯實驗室（Lincoln Laboratory）
MIT于1951年在麻省的列克辛頓(Lexington)創(chuàng)建了林肯實驗室。其前身是研制出雷達的輻射實驗室。該實驗室是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(tǒng)的高級電子學研究中贏得了聲譽，其研究范圍又迅速擴展到空間監(jiān)控、導彈防御、戰(zhàn)場監(jiān)控、空中交通管制等領域，是美國大學第一個大規(guī)模、跨學科、多功能的技術研究開發(fā)實驗室。
1957年該實驗室建成全固態(tài)、可編程數字計算機控制的雷達系統(tǒng)(Millstone Hill radar)，實現了對空間目標的實時跟蹤，既能跟蹤蘇聯衛(wèi)星的活動，也能監(jiān)控卡那維拉爾角的火箭發(fā)射。后來，這發(fā)展成彈道導彈戰(zhàn)略防御系統(tǒng)，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(fā)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，導致8顆實驗通信衛(wèi)星的發(fā)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(jiān)控，進行惡劣氣象的檢測，開發(fā)了航空器的自動化控制裝置。在20世紀80年代，實驗室為克服大氣紊流的影響，開發(fā)了大功率激光雷達系統(tǒng)。20世紀90年代，為NASA等開發(fā)了傳感器?，F在，林肯實驗室則在開發(fā)陸地圖像處理設備。
為了支持龐大的創(chuàng)新研究，林肯實驗室一直保持了在基礎研究上的領先地位，例如表面物理、固態(tài)物理以及有關材料的優(yōu)勢。它完成了開發(fā)半導體激光器的早期研究，設計了紅外激光雷達，并開發(fā)了高精度衛(wèi)星定位與跟蹤系統(tǒng)。
林肯實驗室在計算機圖形學、數字信號處理理論以及設計與建造高速數字信號處理計算機等方面做出很大的貢獻。信號處理畢竟是實驗室許多項目的核心技術，包括高吞吐率的通用信號處理器。它在語音編碼與識別方面也有許多出色工作，為自動翻譯開拓了道路。
林肯實驗室現有雇員2432人，它在2003財政年度的經費是5.226億美元，其中91.6%即4.787億美元來自美國國防部，這就不難理解MIT林肯實驗室事實上是美國軍事電子系統(tǒng)的大本營。
3、加州大學的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory，簡稱LANL）
洛斯阿拉莫斯國家實驗室位于美國新墨西哥州首府圣塔菲西北56公里處，成立于1943年，以研制出世界上第一顆原子彈而聞名于世。
洛斯阿拉莫斯是一個當之無愧的科學城和高科技輻射源。實驗室在二戰(zhàn)期間由羅斯?？偨y(tǒng)倡議建立，是曼哈頓工程的一部分。物理學家奧本海默是實驗室的第一任主任。
該實驗室是一所由能源部與加利福尼亞大學聯合管理的多計劃研究機構。其研究工作分兩大類：武器研究，包括開發(fā)滿足目前軍事需要的核彈頭、設計試驗先進技術方案，以及通過相關科學技術領域的實驗與理論研究，維持一項創(chuàng)新性武器研究計劃；非武器研究，包括核裂變、核聚變、中等物理加速、超導、計算科學、生物醫(yī)學、地球科學、非核能及基礎能源科學等。
這里云集了大批世界頂尖科學家，目前共有1.2萬名雇員，每年經費預算高達21億美元。
4、布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，簡稱BNL）
布魯克海文國家實驗室位于紐約長島薩福爾克縣（Suffolk County）中部，原址為第一、二次世界大戰(zhàn)時的美國陸軍厄普頓兵營。該實驗室成立于1948年，現隸屬于美國能源部，由石溪大學和BATTELLE成立的布魯克海文科學學會負責管理。
布魯克海文國家實驗室擁有3臺開展研究用的反應堆和同步輻射光源、強場核磁共振儀、投射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、正電子斷層成像儀、回旋加速器等一大批大型儀器和設備。除開創(chuàng)了核技術、高能物理、納米技術等多個領域的研究外，該實驗室還在生物、化學、醫(yī)學、材料科學、環(huán)境科學、能源科學和技術等多學科開展研究。大科學裝置群的強大支撐能力和多學科交叉的環(huán)境，使布魯克海文國家實驗室在發(fā)展新型、邊緣科學和突破重大新技術方面具有強大的能力，取得多項令世界矚目的重大成果，并數次獲得諾貝爾獎，成為著名的大型綜合性科學研究基地。
布魯克海文實驗室擁有3000名雇員，每年還接待全球的超過4000名科學家的訪問。布魯克海文的年度研究經費超過4億美元。
5、加州理工學院的噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，簡稱JPL）
噴氣推進實驗室是位于加利福尼亞州帕薩迪那美國國家航空航天局（NASA）的一個下屬機構，負責為美國國家航空航天局開發(fā)和管理無人空間探測任務，行政上屬于加州理工學院管理，前身是由航空大師西奧多.馮.卡門于1936年牽頭成立的噴氣動力研究所。在國際科技界，噴氣推進實驗室如雷貫耳，它在美國導彈和航天發(fā)展史上起到了空前的作用，尤其是1958年“探險者1號”進入軌道，確立了其作為“太空開發(fā)計劃之母”的地位。目前噴氣推進實驗室共進行著45個項目的研發(fā)，各種無人探測器升空后的控制工作大都由其負責。它還擔負著對地球準確測量的任務，控制著全球的深空探測網絡。這里匯集了太空研究領域一流的科學家和工程師，員工總數超過5200人，年度研究經費達13億美元。
6、橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，簡稱ORNL）
橡樹嶺國家實驗室是美國能源部所屬最大的科學和能源研究實驗室，成立于1943年，原稱克林頓實驗室，是曼哈頓秘密計劃的一部分，現由田那西大學和Battelle紀念研究所共同管理。
20世紀50年代和60年代期間，橡樹嶺國家實驗室主要從事核能、物理及生命科學的相關研究。70年代成立了能源部后，使得橡樹嶺國家實驗室的研究計劃擴展到能源產生、傳輸和保存等領域。
目前，橡樹嶺國家實驗室的任務是開展基礎和應用的研究與開發(fā)，提供科學知識和技術上解決復雜問題的創(chuàng)新方法，增強美國在主要科學領域里的領先地位；提高潔凈大量能源的利用率；恢復和保護環(huán)境以及為國家安全作貢獻。
橡樹嶺國家實驗室許多科學領域在國際上處于領先地位。它主要從事6個方面的研究，包括中子科學、能源、高性能計算、復雜生物系統(tǒng)、先進材料和國家安全。
橡樹嶺國家實驗室現有雇員3800多人和客座研究人員大約3000人，年度經費超過10億美元。
7、阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，簡稱ANL）
阿貢國家實驗室是美國政府最老和最大的科學與工程研究實驗室之一——在美國中西部為最大。阿貢是1946年特許成立的美國第一個國家實驗室，也是美國能源部所屬最大的研究中心之一。過去半個世紀中，芝加哥大學為美國能源部及其前身監(jiān)管阿貢國家實驗室的運行。
阿貢是從二次世界大戰(zhàn)曼哈頓工程的一部分，芝加哥大學的冶金實驗室的基礎上發(fā)展起來的。戰(zhàn)后，阿貢接受開發(fā)和平利用原子反應堆的任務。數年來，阿貢的研究不斷擴大，包括了基礎科學、科學設施、能源資源計劃、環(huán)境管理、國家安全、工業(yè)技術開發(fā)等許多領域。阿貢有兩個場所：位于伊利諾州的東場所，占地1500英畝，是美國能源部芝加哥工作辦公室所在地；位于愛達荷州的西場所，占地約900英畝，是阿貢多數主要核反應堆研究設施的所在地。
今天，阿貢的雇員超過3500名，運行經費約為4.75億美元，支持200多個研究項目，從原子核研究到全球氣候變化研究。1990以來，阿貢曾與600多家公司、無數的聯邦政府部門以及其他組織一道工作。
二、第二類實驗室屬于國家機構，有的甚至是國際機構，由好幾個國家聯合承辦。它們大多從事于基本計量，高精尖項目，超大型的研究課題，和國防軍事任務。例如：
1、德國的聯邦技術物理研究所（Physikalisch Technische Bundesanstalt，簡稱PTB）
建于1884年，原名帝國技術物理研究所（Physikalisch Technische Reichsanstalt，簡稱PTR），相當于德國的國家計量局，以精密測量熱輻射著稱。十九世紀末該研究所的研究人員致力于黑體輻射的研究，導致了普朗克發(fā)現作用量子?？梢哉f這個實驗室是量子論的發(fā)源地。
談到該實驗室就須介紹物理學史上兩位重要的人物。
第一個是1911年諾貝爾物理學獎獲得者維恩Wilhelm Wien（1864-1928），他曾是該實驗室的理論帶頭人，在這里工作長達近十年的時間。他的主要貢獻是發(fā)現了幾個重要的熱輻射定律。
第二位是1918年諾貝爾物理學獎得主普郎克，他發(fā)現的能量級對物理學的進展作出了重大貢獻。他是繼維恩后曾在該實驗室工作的一位重要的學術帶頭人。
2、英國的國家物理實驗室（National Physical Laboratory，簡稱NPL）
英國的國家物理實驗室，是英國歷史悠久的計量基準研究中心，創(chuàng)建于1900年。
1981年分6個部：即電氣科學、材料應用、力學與光學計量、數值分析與計算機科學、量子計量、輻射科學與聲學。
作為高度工業(yè)化國家的計量中心，與全國工業(yè)、政府各部門、商業(yè)機構有著廣泛的日常聯系，對外則作為國家代表機構，與各國際組織、各國計量中心聯系。它還對環(huán)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。英國國家物理實驗室共有科技人員約1000人，1969年最高達1800人。
3、歐洲核子研究中心（European Organization for Nuclear Research，簡稱CERN）
歐洲核子研究中心創(chuàng)立于1954年，是規(guī)模最大的一個國際性的實驗組織。它的創(chuàng)建、方針、組織、選題、經費和研究計劃的執(zhí)行，都很有特點。1983年在這里發(fā)現W±和Z0粒子，次年該中心兩位物理學家魯比亞和范德梅爾獲諾貝爾物理獎。
歐洲核子研究中心是在聯合國教科文組織的倡導下，由歐洲11個國家從1951年開始籌劃，現已有26個成員國。經費由各成員國分攤，所長由理事會任命，任期5年。下設管理委員會、研究委員會和實驗委員會，組織精干，管理完善。研究人員共達9000人，多為招聘制。這是一個旨在探索“宇宙開始時最基本的東西是什么”等問題的純科學的物理研究機構，也是當今世界上規(guī)模最大的科學實驗室之一。來自包括中國在內的世界80多個國家的6000多名物理學家曾在此工作過。
這個研究中心建有兩個國際研究所，供世界著名的科學家小組研究亞原子核的結構及其理論。第一研究所裝有6億電子伏的同步回旋加速器，280億電子伏的質子同步加速器等。第二研究所在第一研究所旁邊，它裝有一臺周長約7千米的新質子同步加速器。
研究中心除有許多先進而價格昂貴的試驗設備外，還有圖書資料室，并出版《歐洲核研究組織信使》（月刊）和科學報告等。由于中心的設備齊全，服務優(yōu)良，加上科學家們的勤奮努力，歐洲核子研究中心在粒子物理研究領域已經取得了一些舉世矚目的成果，從而成為名副其實的核子研究中心。
數十年來，該研究中心先后建成質子同步回旋加速器、質子同步加速器、交叉儲存環(huán)（ISR）、超質子同步加速器（SPS）、大型正負電子對撞機（LEP）、并擁有世界上最大的氫氣泡室（BEBL）。
4、瑞士保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute，簡稱PSI）
瑞士保羅謝勒研究所是瑞士科學和技術的多學科研究中心。在與國內外大學、其他研究機構和工業(yè)界的合作中，PSI在固態(tài)物理、材料科學、基本粒子物理、生命科學、核與非核能研究及與能源有關的生態(tài)學的研究中非?；钴S。
PSI是瑞士最大的國家研究所，有雇員1200人，是瑞士唯一這種類型的研究所。
PSI研究的重點放在基礎研究和應用研究，特別是與可持續(xù)發(fā)展有關的領域和對教育和培訓具有重要意義、但超出大學單個系能力的領域。
PSI研制和運行需要特別高標準的技術訣竅、經驗和專業(yè)的復雜研究設施，擁有散裂中子源，瑞士光源（SLS）等大科學裝置，是世界科學界主要的用戶實驗室之一。通過它開展的研究，PSI獲得新的基礎知識，并積極促進其在工業(yè)上的應用。
三、第三類實驗室直接歸屬于工業(yè)企業(yè)部門，為工業(yè)技術的開發(fā)與研究服務。其中最著名的有貝爾實驗室和IBM研究實驗室。
1、貝爾實驗室（Bell Laboratories）
貝爾實驗室原名貝爾電話實驗室，始建于1925年，總部在美國紐約（后遷至新澤西州的墨里黑爾）。它是一個在全球享有極高聲譽的研究開發(fā)機構，主要宗旨是進行通訊科學的研究，有研究人員20000人，下屬6個研究部，共14個分部，56個實驗室，每年經費達22億美元，其中10％用于基礎研究。除了無線電電子學以外，在固體物理學（其中包括磁學、半導體、表面物理學）、天體物理學、量子物理學和核物理學等方面都有很高水平。
貝爾實驗室自成立以來，共獲專利26000多項（平均每天一項），其中重大科研成果50多項，如有聲電影、晶體管、信息論、激光理論、3K宇宙背景輻射、可視電話、磁泡器件、光通信、數字計算機等，對我們的生活產生了重要的影響。在這里每年都要發(fā)表上千篇學術論文，造就了一大批優(yōu)秀科學家。幾十年來獲得諾貝爾物理獎的先后有：發(fā)明電子衍射的戴維森，發(fā)明晶體管的肖克利、巴丁和布拉坦，發(fā)明激光器的湯斯和肖洛，理論物理學家安德遜，射電天文學家彭齊亞斯和威爾遜。正是由于貝爾實驗室產生了許多科學研究的突出成就，人們把它看作世界上最具權威性的研究機構之一。
2、IBM研究實驗室（IBM Research）
IBM是International Business Machines Corporation（美國國際商用機器公司）的簡稱，創(chuàng)建于1911年，現已發(fā)展成為跨國公司，在計算機生產與革新中居世界領先地位。
IBM研究實驗室也叫IBM研究部，共有研究人員3500人，還吸收許多博士后和訪問學者參加工作。它專門從事基礎科學研究，并探索與產品有關的技術，其特點是將這兩者結合在一起?？茖W家在這里工作，一方面推進基礎科學，一方面提出對實際應用有益的科學新思想。研究部下屬四個研究中心：
?。?span style="font-family:Arial">1）位于美國紐約的Thomas J.Watson研究中心。從事計算機科學、輸入/輸出技術、生產性研究數學、物理學、記憶和邏輯等方面的研究。其中物理學包括：凝聚態(tài)物理、超微結構、材料科學、顯微技術、表面物理、激光物理以至天文學和基本粒子。
?。?span style="font-family:Arial">2）位于美國加州的Almaden研究中心。除了計算機科學以外，還進行高溫超導、等離子體、掃描隧道顯微鏡和同步輻射等研究。
（3）瑞士Zurich研究中心。重點是激光科學與技術，特別是半導體激光器、光學儲存、光電材料、分子束外延、高溫超導、超顯微技術等方面，還進行信息處理等計算機科學研究。
?。?span style="font-family:Arial">4）日本東京研究中心。內分計算機科學研究所、新技術研究所和東京科學中心，主要是結合計算機的生產和革新進行研究。
進入80年代，IBM研究中心成績斐然，兩屆諾貝爾物理獎都被它的成員奪得：一是因發(fā)明掃描隧道顯微鏡，賓尼格（G. K. Ginnig）與羅勒爾（H. Rohrer）共獲1986年諾貝爾物理獎的一半，二是因發(fā)現金屬氧化物的高溫超導電性，柏諾茲（J. G. Bednorz）和繆勒（K. A. Müller）共獲1987年獎。
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