【党旗飘飘】刘翔教授:在物理世界的浩瀚星空中漫步

日期: 2021-04-19 阅读: 来源: 关键词:

2021年,是物理科学与技术学院刘翔教授来兰大工作的第12个年头。

在很多个深夜,从城关校区林荫之中的昏黄色灯光望去,刘翔的办公室依旧会散发出丝丝缕缕的光亮,他有时会和组内学生探讨问题,也有时独自阅读文献,或处理各种事务。“我常将自己称为‘职业物理学家’,我们的生活与工作是没法区分的。”刘翔说。

给出找寻隐粲四夸克物质的最佳路径、预言分子态类型的隐粲五夸克物质的存在、研究工作对世界各大高能物理实验中的强子物理研究起到了很好的理论指导作用、获教育部自然科学一等奖等多项奖励……来兰州大学工作后,刘翔及其团队取得了许多让他自豪的新突破,学校粒子物理学科也发展壮大,有了一支队伍、有了一批成果、具备了紧密围绕大科学装置开展物理研究的能力。

物理世界好似浩瀚星空,漫步其中则往往白日不足夜以继日,甚至周末的闲暇时光也用来探索这一片星空,努力奋发以期成为粲然的一束光。在征途中刘翔乐此不疲,就像他们团队的口号所言:We are charmed by hadrons physics——我们神往强子物理。

结缘兰大服务西部

刘翔的家乡位于江西赣州。说起家乡,他如数家珍:这里有辛弃疾笔下“郁孤台下清江水”的郁孤台,有文天祥诗句“八境烟浓淡,六街人往来”中的古老街区和民居,还有“江南第一石窟”之称的通天岩。从小到大刘翔一直生活学习在赣州古城,现在想起他仍觉得“着实幸福”。

22岁去南开大学读研是他真正意义上的第一次远行。2006年在南开大学取得理论物理专业博士学位后,他又在北京大学物理学院理论物理研究所跟随朱世琳教授开展博士后研究,并在2008年获得了葡萄牙科学技术基金会的支持,来到科英布拉大学从事粒子物理研究。

求学南开、游历北大和科英布拉,无论在哪里他都忘我地投入到科研中,并乐在其中,“如小鱼入了大海欢快地畅游。”日复一日地工作中,刘翔的科研能力得到了极大地提升,博士论文也获评2008年全国百篇优秀博士论文。

因为一直在东部求学的缘故,很长时间里兰州对刘翔而言只是一个地理位置上的概念,而他对兰州大学的了解也只是停留在字面意义上。博士后期间赴青海参加学术研讨会途中曾路过兰州,在列车上看到一座座朦朦胧胧的山疾驰而过,这成了他对兰州唯一的一次印象。

2009年在葡萄牙科英布拉大学结束博士后研究后,刘翔计划回国内从事科研工作,从未到过兰州的他这才与兰州大学有了零星的联系。当时物理科学与技术学院求贤若渴,格外重视引进人才问题。在刚开始与刘翔的接触中,学院领导便拿出了足够的诚意,先后两次邀请他前来兰州大学交流考察。“当时的学院领导杨毅书记和薛德胜院长非常热心。我在第一次来兰大时,下飞机后便看到杨毅书记已在机场等候,亲自来接我到学校。他们的诚意打动了我,觉得特别感动。”刘翔说。

虽然当时还有其他选择,但物理科学与技术学院重视人才的浓厚氛围和学院领导的真诚与热心给刘翔留下了深刻的印象,也促使他最终留在了大西北。2009年6月,刘翔携妻子来到兰州,受聘兰州大学萃英特聘教授,开始了他在兰州大学坚守奋斗的征程。

“东部获取资源相对较容易,但在西部因为条件的制约,同等条件下你可能要比别人付出更多努力。人在这样一个地方,能得到比东部院校更多的锻炼。”成为兰大人将近十二年,刘翔也理解了兰州大学朴实、自强不息的品质,并且已深深被这种品质影响,为科教事业付出着百分之一百的努力。

搭建平台 壮大队伍

刘翔初来兰大时,学院面临着人才匮乏的窘境,粒子物理方面的人员流失尤为严重,学科面临重建。如何把学科建立起来,是一个非常大的挑战。

刘翔没有退缩,反而把这视为机遇。“对我们年轻人来说,压的担子下来了,亲自建设学科,这是一个锻炼和成长的过程,我很感谢有这么一段宝贵的经历”。在自身条件不足情况下,联合兰州物理届相关理论的力量共同发展成了刘翔的第一选择。

刘翔开始与中科院兰州近代物理研究所接触,他开展合作的想法得到了中科院近代物理研究所的回应,时任副所长的徐瑚珊老师伸出了援手。在学校和学院的支持下,经过紧张的筹备,2009年10月21日,兰州大学与中国科学院近代物理研究所共建“强子与CSR物理研究中心”成立。

中心会开展组会、围绕重要问题开展研究。从2010年开始,中心都会举办年会,兰州地区的从事粒子物理研究的人员都会来汇报和交流一年来的工作。“当我翻看每年的合影照片,会发现年会规模在逐年增大。”这让刘翔十分欣慰。

如今的粒子物理形成了三大前沿:高精度前沿、高能量前沿和宇宙前沿。刘翔所开展研究的强子物理是高精度前沿的代表,目前国际上已运行的和正在运行的粒子物理实验也主要分布在高精度前沿。虽然是理论物理,但其实和实验的结合十分紧密,“理论会指导实验、实验能启发理论。”刘翔说。

2009年11月,刘翔回到南开大学参加第九届BESIII国际合作组会议,提交了加入合作组的申请,并获得批准。刘翔说:“这是同行无私支持的结果,是一项为后来人铺路的工作,能为学校科学研究发挥很大作用。”近几年,随着李培荣和王雄飞两位青年研究员的相继加入,学校也有了实质性的从事第三代北京谱仪(BESIII)实验的队伍。

如何更进一步地基于现有力量组建一支兰大自己的队伍成为了刘翔在学科建设方面考虑最多的问题。刘翔和粒子物理方向的同事们一起建设队伍,随着队伍建设的不断提升,学科也逐步发展壮大,承担多项国家级科研项目。

同时壮大的还有刘翔所在的教工第三党支部,随着理论物理学科的发展,支部也不断“扩容”。“我们党组织生活上除了开展理论学习,也会交流科研工作,党建工作与中心工作的有机结合的方式也使得组织生活效率更高,而且效果也更好。”刘翔认为党组织对他的成长有很大的帮助与促进。

科研求索 不断精进

刘翔的科研之路起步于研究生期间,在导师李学潜教授的教导下,他被带到粒子物理前沿。

如果把微观世界比喻成一座由砖块和钢筋混凝土建成的大厦,粒子物理则要回答“这个大厦是怎么构成的”这一问题。“砖块和钢筋混凝土就是粒子,它们是否还有内部结构?之间的相互作用是什么?有什么转换规律?”刘翔解释说。

虽然已在研究领域开展了许多卓有成效的工作,但刘翔在研究生期间刚接触粒子物理时也是一头雾水。“我考研时报考的光学专业,后来被调剂到了归属理论物理的粒子物理。”刘翔说。靠着“既来之则安之”的好心态,他在学习研究生课程和阅读文献中度过了前两年。

在研究生二年级的时候,李学潜将他指导的一位本科生未完成的论文交给刘翔,“是一个利用单玻色子交换模型来研究氘核结合能的工作,我足足花了一整年的时间完成了演算。”这篇文章成为他的硕士毕业论文的主体,也是后来预言隐粲分子态类型五夸克物质的发端。

从1964年夸克模型建立开始,人类历史上发现了大量的两夸克和三夸克物质。但是此后在长达50年的时间里,从来没有确切地发现过四夸克和五夸克物质。“实验精度和理论预言精度不够造成了这样的局面。”刘翔介绍。

直到2003年,情况出现了转机。随着实验精度的提高,实验逐渐发现大量的新强子态和相关新现象,这就为开展多夸克物质的理论研究提供了契机。刘翔也赶上了这波“起浪”阶段,并最终在理论预言精度上取得了突破。“类似于过去是在地图上很大范围内找目标位置,我们精度上去后范围就缩小了,只需在一个小圈内寻找。”

“做学问如武侠,是一个不断精进的过程。”多年来的研究经历让刘翔有了这样的体会。从研究生期间的理论储备,到发展和构建用于强子谱研究的唯象模型方面所做的大量工作,再到后来与合作者一起确定了多个新强子态的性质并获得实验验证,在这些宝贵的经历中千锤百炼,他的“学术武功”也终有所成。

2011年,刘翔团队和合作者给出了找寻隐粲四夸克物质的具体方案,随后2013年我国的BESIII实验和日本的Belle实验过程中发现了隐粲四夸克物质Zc(3900);2012年,他们又预言了分子态类型的隐粲五夸克物质的存在,2015年欧洲核子中心的LHCb实验发现了隐粲五夸克物质。刘翔形容自己为“粒子捕手”。

受导师李学潜“做粒子物理研究就像穿衣服,需要常换常新”这句话影响,刘翔转变了思路,又开辟起新的领域——非共振态解释。他把这一工作方式看作在物理研究中“做减法”,“其实还是在找本质规律,只不过是尝试把一些粒子剔除出去,因为所见未必所实,它们可能不是真正的强子态,会影响规律的发现。”因开展这一工作他也被其合作者大阪大学的Hosaka教授笑称为“粒子杀手”,刘翔说这也成为团队研究新的增长点。

在2018年获得国家杰出青年科学基金的资助后,刘翔收到了反馈的评审意见,一位评审人写道:“申请人能在西部边远城市坚守多年,开展这样具有国际高水平的研究,十分难能可贵,特别有示范的价值。”刘翔觉得这是对他在兰大科研工作成绩的最好评价。

言传身教 潜心育人

2021年物理科学与技术学院学生春季运动会期间,刘翔和同学们组成的战队在“足球战车”中取得了好成绩,战队合照被放在了学院官网首页大图,他开心地发了朋友圈,觉得这是很好的师生互动。

刘翔给本科三年级学生开设专业选修课《粒子物理》,2009年他刚来学校时就开始教授这门课,现在已有十余年的经验。他的授课内容不仅仅是教材知识模块的铺叙,还会通过对物理学史的叙述来阐释当下的认识是怎样一步步研究出来的。“我的授课初衷就是通过这门课的讲授引导学生成为发现规律的人,能学会研究性学习的方式。”刘翔说道。为了保持授课内容的时代性,新冠肺炎疫情期间他重新制作了700多页的课件,这门课程也在2020年入选首批国家级一流本科课程。

教学之中不仅是知识的传递,还有情感的双向传递与共鸣。“刘老师上课循循善诱,引导我们去思考,他喜欢讲物理学史的故事,每次讲到这方面知识时,我都特别喜欢听。”2020级研究生刘喆回忆道。刘喆大三时由于成绩优秀获得保研资格,而在选修了这门课之后就决定选择刘翔老师作导师,并将粒子物理作为自己的研究生专业。

回首来时路,刘翔说自己遇到了许多给予他帮助的人。这些前辈们为还是学生的刘翔树立了标杆,在前辈们的提携与栽培中受益良多。如今作为老师的他也言传身教,把从老师那里学到的东西带给了自己的学生,为学生树立标杆。正如他在2018年兰州大学教师节庆祝大会上作为教师代表发言:我们的标杆能够树得有多高,决定了我们培养的学生能够走得有多远。

他会在过年的时候也定期打电话询问小组的课题进展,也会在暑假来办公室督促学生的科研工作,即使出差也要通过电话、微信与同学们沟通组会情况。为了提高同学们的表达能力,在刘翔的提议下,小组搭建了《微粲》内部交流平台,由组内成员供稿,内容主要涉及青年奋斗成长故事、历史故事钩沉、体育赛事评论等等。“和科研一点关系都没有,”刘翔说,“但由于平时读文献写论文用英文,而毕业设计是中文,《微粲》有效弥合了中英文之间的语言转换。”

刘翔对学生们的用心也得到了回报。到目前为止,培养的研究生中已先后有十多人次获得研究生国家奖学金,2人的博士论文获得了甘肃省优秀博士论文,他们中很多毕业后成为国内外高校的科研工作者。2018年,他带领的研究团队入选了兰州大学首届研究生“十佳导学团队”,“这些是对我人才培养工作的肯定。”

在过去10年间,欧洲核子中心的大型强子对撞机上发现的59个新强子中,刘翔课题组的研究基本上做到了对它们的全覆盖。这背后是团队日日夜夜的付出,同时也正如刘翔所说:“我最好的研究成果在兰大取得。”

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文:王耀辉,张清禹,梁悦
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编辑:卢晓庆
责任编辑:许文艳