战略规划 1 欧洲分析新冠疫情对研究基础设施的影响 1 开放研究基础设施宪章的适用性和挑战 2 项目资助 4 美国IARPA启动天基机器自动识别技术计划 4 设施动态 5 为下一代光源制造更先进的超导磁体 5 全球射电天文学组织成立 6 艾瓦级激光器：下一代超强激光器的新概念 7 西班牙同步辐射光源将升级为第四代同步加速器 8 欧洲南方天文台的社会影响 10 瑞士同步辐射光源将在2021-2024年内进行升级 11 前沿研究 12 直接利用X射线和电子束光刻 12 暗能量调查发布第二组数据集 13 为原子内的电子运动计时 14 研究工程材料的变形以延长使用寿命 16 记录固态电池的充放电过程 17 新技术降低电子源成本 18 铁锈可能是高效节能的下一代计算技术的秘密 19 费米实验室实现持续的高保真量子隐形传态 21 测量等离子体波 22

NOvA实验（NuMI Off-axis νe Appearance Experiment）因使用费米实验室的加速器的粒子束观测中微子振荡而闻名，它一直在关注从超新星到磁单极子的各种现象。 研究中最引人注目的天体物理现象是超新星。当一颗大质量恒星坍缩时，它99%的能量通过中微子爆发释放。虽然中微子携带的能量远远超过光子，却更难观测到。而NOvA的粒子探测器能够探测超新星产生的中微子。如果一颗超新星在星系中诞生，NOvA的14000吨的远端探测器（far detector）将在几秒的爆发中观测到数千个中微子，而300吨的近端探测器（near detector）能观测到几十个。 在Journal of Cosmology and Astroparticle Physics上即将发表的一篇论文中，NOvA合作小组描述了用于触发这种爆发的系统。由于附近的超新星非常稀有，中微子数据价值很高，NOvA使用了多个系统探测，以确保收集超新星数据。除了对这些观测数据中的中微子爆发进行连续实时搜索，NOvA还订阅了超新星预警系统（SNEWS），这是一个中微子实验网络，当任何两个设施观测到类似的超新星活动，该网络会相互提醒。NOvA还订阅了LIGO/Virgo合作观测到引力波事件时发出的警报，并将每个引力波事件都视为数据的潜在来源。 解释大多数引力波事件的最简单模型——黑洞在真空中合并——无法预测粒子的爆发。但如果黑洞在气体介质中融合，粒子就会被加速，从而可能会产生可观察的信号。其他解释引力波事件的替代模型也可能预测NOvA可见的粒子爆发。 另一种可能引发NOvA的情况是识别错误，即超新星被误认为是黑洞引力波事件。这项合作搜索了从超新星状的中微子到高能粒子雨NOvA可见的所有爆发。到目前为止，利用截至2019年年中报道的20多个引力波事件数据，NOvA尚未发现任何信号的迹象。未来几年引力波探测器的功能将迅速提高，会有更多的机会取得新发现。 NOvA的地下近距离探测器已被用来研究地下宇宙射线μ子的季节性变化，其大型远距离探测器被用于寻找其他奇异的宇宙现象，如对磁单极子的搜索。

大型光源设施可以产生极强烈的光，使科学家观察以前不可能看到的物质，更好地了解自然世界，以便制造更耐用的材料、建造更高效的电池和计算机。如果能从较小的设备中产生能量较高的光束，就可以节省数百万的建设成本，还可能显著提高现有光源的性能，这也是促成美国能源部阿贡国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和费米国家实验室的科学家们合作的原因。 经过15年的研究，美国能源部三个国家实验室的科学家们成功创造并测试了一种先进、强大的超导磁体。这一重要里程碑成果——磁体样机，由铌和锡制成，长半米，可用于现有和下一代光源。其研发的重点是一种可保持超导状态的铌锡合金，非常适合制造波荡器磁体。光源（如阿贡国家实验室的先进光子源APS）通过吸收电子在储存环内循环时发出的能量产生光子束，波荡器磁体是将能量转化为光的装置，它的磁场越强，同样大小的装置产生的光子就越多。尽管该磁体与APS等光源兼容，但其真正的应用前景是在下一代光源——自由电子激光设施上。如果缩小设备的规模，隧道的规模也会随之缩小，可以节省数千万美元。 目前，APS安装的部分超导波荡器磁体由铌钛合金制成，这也是几十年来的标准配置。但铌钛超导体适用于较低的磁场强度，在10特斯拉左右就不再是超导体了。铌三锡是一种更复杂的材料，能够在更强的磁场下导电，最高可在23特斯拉时具有超导性能，在较弱的电场下，其承载的电流是铌钛超导体的3倍。这些磁体需在4.2开尔文（约零下450华氏度）的低温下，才能保持超导性。伯克利实验室科学家Soren Prestemon表示：“这是第一台铌锡波荡器，设计既符合当前规范，又经过了束流传输磁场质量方面的全面测试。” 发起并领导铌三锡磁体项目的Sasha Zlobin说，费米国家实验室从上世纪90年代起研究这种材料，其铌三锡研发项目围绕粒子加速器用超导磁体，如用于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机和即将在费米国家实验室建造的质子改进计划II（PIP-II）直线加速器。研发强磁场铌三锡磁体积累的知识可应用于基于这种超导体的超导波荡器。 研发过程包括如何避免磁体在接近所需的磁场水平时过早失超。在研发团队发表于IEEE Transactions on Applied Superconductivity上的报告称，在更强的磁场下，新设备电流几乎是APS现有的铌钛超导波荡器的2倍。劳伦斯伯克利国家实验室设计了利用先进计算技术检测失超并保护磁体的系统。 团队下一步将扩大样机——建造另一个长度超过一米的样机。研究小组计划在APS的1区安装全尺寸样机，预计于明年完成。

硬X射线自由电子激光装置（XFELs）最有前景的应用之一是生物学研究，研究人员甚至可以在辐射损伤样品之前捕获到原子尺度图像。在物理学和化学领域，X射线能以1飞秒的快门速度拍摄图像，揭示自然界发生的最快过程。然而，在微小的时间尺度上，一方面是激发样品反应的X射线脉冲，另一方面是“观察”样品的激光脉冲，要使两者同步是非常困难的。这个问题被称为时序抖动（timing jitter），是目前在XFELs上开展超短时间分辨率实验的主要障碍。 来自德国马克斯-普朗克结构与动力学研究所（MPSD）、德国电子同步加速器研究所（DESY）、瑞士保罗谢尔研究所（PSI）等机构的研究人员组成大型国际研究团队，开发出解决该问题的方法，并通过测量氖气中的基本衰变过程证明其有效性。该研究成果发表在Nature Physics上。 该技术被称为自参考阿秒条纹（self-referenced attosecond streaking），可以用于绘制俄歇衰变。基于绘制的数千张图像中的电子，根据数据的整体趋势推断出它们被发射的时间。首次应用该方法时，该团队使用了氖气。将光电子和俄歇电子都暴露于外部“条纹”激光脉冲后，研究人员在成千上万次独立测量中确定最终动能。在每次测量中，因为发射较晚，俄歇电子与条纹激光脉冲的相互作用总是比最初位移的光电子稍晚一些。这个重要恒定因素构成了该技术的基础，研究人员能构造出详细的物理过程图，从而确定光电子与俄歇发射之间的特征时间延迟。 尽管实验的时间抖动处于百飞秒内，自参考条纹技术能够以亚飞秒级的精度测量氖气中X射线电离与俄歇发射之间的延迟。此外，测量结果表明，光电离和随后的弛豫以及俄歇衰变必须视为一个统一的过程，而不是俄歇衰变理论描述中的两步。以往的时间分辨率研究中，衰变是以半经典方式建模的。但是，用LCLS和XFELs进行测量时发现该模型并不合适。相反，该项目的合作者、理论学家Andrey Kazansky和Nikolay Kabachnik应用完全量子力学模型，根据实验观察到的电离和俄歇发射之间的延迟确定基本的俄歇衰变寿命。 研究人员希望自参考条纹技术对超快科学领域产生更广泛的影响。本质上，该技术使以前只限于桌面光源使用的传统阿秒条纹光谱扩展到全世界范围内的XFELs。这样，自参考条纹技术可以在不影响时间分辨率的前提下，在兼具灵活性和高强度的XFELs上开展这类新的实验。

基于各重要国家的重大科技基础设施定期监测，编译形成重大科技基础设施快报。