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【新時(shí)代 西部情】當(dāng)初被“忽悠”來(lái)讀研 如今他讓原子核質(zhì)量中國(guó)說(shuō)了算
“氫、氦、鋰、鈹、硼，碳、氮、氧、氟、氖……”這是很多人都會(huì)背的“元素周期表”。自然界由元素組成，構(gòu)成元素的基本單位是原子，要認(rèn)清世界，就必須搞清楚原子的結(jié)構(gòu)。對(duì)原子來(lái)說(shuō)，原子核是其最核心的部分，占整個(gè)原子質(zhì)量的99.9%以上，質(zhì)量是描述原子核最基本的參數(shù)之一。因此，原子核的質(zhì)量測(cè)量成為物理學(xué)研究中最基礎(chǔ)的工作。
今天，走入我們視野的這位科研工作者，從事的就是這個(gè)外行看來(lái)“神秘高深”領(lǐng)域的工作——他就是中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的王猛研究員。
“來(lái)了才知道，老師真沒(méi)忽悠咱！”
王猛，河南淇縣人，中科院近代物理研究所研究員，CSR精細(xì)核譜學(xué)組副組長(zhǎng)，主要從事原子核質(zhì)量測(cè)量和評(píng)估工作。
中科院近代物理研究所坐落于甘肅蘭州。與東部大城市相比，蘭州在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面落后很多。但是，這里卻有中國(guó)最頂尖的核科學(xué)研究機(jī)構(gòu)之一。上世紀(jì)90年代末，20歲出頭的王猛就是沖著這里來(lái)到了蘭州。
說(shuō)起來(lái)蘭州工作，王猛開(kāi)玩笑地說(shuō)，“我是被‘忽悠’來(lái)的?！?/span>1997年，在天津南開(kāi)大學(xué)物理系讀大三的王猛，開(kāi)始面臨人生的一個(gè)小小選擇——到底去哪里讀研？
在他備考迷茫的時(shí)候，中科院近代物理研究所的老師到南開(kāi)招生，鼓勵(lì)他報(bào)考中科院近代物理研究所，并告訴他這里是中國(guó)核物理研究的中心之一。這是王猛第一次聽(tīng)說(shuō)這個(gè)地方，在老師的描繪中，懵懵懂懂的王猛仿佛看到了自己大展抱負(fù)的光輝未來(lái)。從此，他懷揣夢(mèng)想與蘭州這所城市結(jié)下不解之緣。
“來(lái)了才知道，老師真沒(méi)忽悠咱！”回想20多年在蘭州的經(jīng)歷，王猛忍不住感嘆。
中科院近代物理研究所創(chuàng)建于1957年，是一個(gè)依托重離子加速器大科學(xué)裝置，從事重離子物理基礎(chǔ)和重離子束應(yīng)用研究、相應(yīng)發(fā)展先進(jìn)粒子加速器及核技術(shù)的基地型研究所。研究所建所60多年，承擔(dān)建設(shè)了國(guó)家多項(xiàng)大科學(xué)工程及中科院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，取得了660多項(xiàng)科研成果，是在國(guó)際上都有重要影響的重離子科學(xué)研究中心。
在王猛的眼里，這里簡(jiǎn)直就是“中國(guó)核物理研究的圣地”。
讀研至今，王猛一路碩博、助研、副研、正研，干的順風(fēng)順?biāo)?。“孤之有近物所，猶魚(yú)之有水也”，王猛感覺(jué)自己就像一條魚(yú)終于找到了適合自己生存的那片水域，可以在自己喜愛(ài)的科研工作中恣意暢游。
“我們近代物理所有一個(gè)秘密武器——重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)（HIRFL-CSR）”，談起中科院近代物理研究所，王猛非常自豪。CSR是我國(guó)高科技領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成果，是繼德國(guó)GSI之后的又一個(gè)大型國(guó)際性重離子冷卻儲(chǔ)存環(huán)裝置。借助這個(gè)秘密武器，王猛在原子世界里大展拳腳并一步步實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。
物理學(xué)最大挑戰(zhàn)之一：原子核質(zhì)量測(cè)量
“在核物理領(lǐng)域，幾乎所有研究與應(yīng)用都與原子核質(zhì)量密切相關(guān)?！闭勂鹱约旱墓ぷ鳎趺吞咸喜唤^。
原子核質(zhì)量是描述原子核最基本的參數(shù)。理論預(yù)言，自然界束縛的原子核有7000～8000種。經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展，人類已發(fā)現(xiàn)、合成并鑒別了約3200種原子核，目前有約2500種原子核的質(zhì)量得到了測(cè)量，剩下的5000多種還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)測(cè)量。搞清楚這些待測(cè)量原子核的質(zhì)量，成了王猛等人的主要工作。
“自然界的很多未知領(lǐng)域，都可能在這里被發(fā)現(xiàn)或被重新定義”，王猛介紹說(shuō)，“原子核質(zhì)量的測(cè)量，是人類繼續(xù)認(rèn)識(shí)自然和改造自然的起點(diǎn)”。一方面，高精度的原子核質(zhì)量數(shù)據(jù)不斷深化著人們對(duì)核結(jié)構(gòu)和基本對(duì)稱性的理解。另一個(gè)方面，在核天體物理中，精確的原子核質(zhì)量是研究星體演化和元素合成過(guò)程理論模型的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)。因此，原子核質(zhì)量測(cè)量結(jié)果極大地促進(jìn)了人類對(duì)微觀和宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。
然而，原子核的測(cè)量并不那么容易，有媒體用“在一架空客A380上去分辨一個(gè)U盤(pán)的質(zhì)量”來(lái)形容它的精度和難度。
“這個(gè)比喻很形象，原子核質(zhì)量測(cè)量確實(shí)很難”。王猛說(shuō)，“比起我們?nèi)庋劭吹降奈镔|(zhì)，原子核實(shí)在太小、太輕、太快了。以我們新合成的核鈷51為例，2萬(wàn)億億個(gè)鈷51還沒(méi)一粒小米重，而它的壽命卻只有100毫秒。所以，我們必須得找到一個(gè)精準(zhǔn)的‘秤’，并且在非常短的時(shí)間內(nèi)捕捉到它（原子核）”。
在物理學(xué)界，曾經(jīng)最靈敏也最常用的“秤”是離子阱。包括美國(guó)、德國(guó)、芬蘭、加拿大等很多國(guó)家都用離子阱來(lái)測(cè)量原子核。然而，離子阱通常只能測(cè)量那些比較穩(wěn)定且壽命較長(zhǎng)的原子核，對(duì)那些低產(chǎn)額、短壽命的原子核的測(cè)量則比較困難。而目前未知質(zhì)量的原子核主要就是后面這一類，它們位于遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的放射性核區(qū)，包括中重質(zhì)子滴線區(qū)、豐中子核區(qū)和超重核區(qū)。對(duì)這些未知原子核的質(zhì)量測(cè)量，成為物理學(xué)近30年來(lái)最大的挑戰(zhàn)之一。
然而，王猛等人借助近代物理所的優(yōu)勢(shì)條件，找到了中國(guó)人破解這一難題的新辦法。他們利用蘭州重離子冷卻儲(chǔ)存環(huán)CSR，成功制造出了可以測(cè)量短壽命原子核質(zhì)量的“秤”——等時(shí)性質(zhì)量譜儀，其精確度可以達(dá)到10-7。等時(shí)性譜儀的原理是測(cè)量離子在儲(chǔ)存環(huán)中的循環(huán)周期，從中提取其質(zhì)量。離子的速度有分散，但在儲(chǔ)存環(huán)中運(yùn)動(dòng)的離子，磁鋼度較大的總是在較長(zhǎng)的軌道上運(yùn)行，而磁鋼度較小的運(yùn)行軌道較短，通過(guò)環(huán)的特殊設(shè)置，對(duì)目標(biāo)離子可以使軌道長(zhǎng)度的差異正好抵消速度上的差異，從而使其循環(huán)周期不依賴于速度大小。這樣，借助儲(chǔ)存環(huán)的等時(shí)性工作機(jī)制，就可以精確測(cè)量核質(zhì)量。
借助這個(gè)精準(zhǔn)的測(cè)量工具，王猛和他的團(tuán)隊(duì)測(cè)量了16個(gè)原子核的質(zhì)量，提高了20多個(gè)原子核的質(zhì)量精度。2011年，Nature Physics雜志還曾在“News & Views”欄目專門(mén)發(fā)表述評(píng)，對(duì)近代物理所在HIRFL-CSR上開(kāi)展的原子核質(zhì)量測(cè)量成果給予了高度評(píng)價(jià)。
原子核質(zhì)量中國(guó)說(shuō)了算
相較于原子核的質(zhì)量測(cè)量，質(zhì)量評(píng)估則是一件更為基礎(chǔ)的工作。“國(guó)際上從事原子核質(zhì)量測(cè)量的機(jī)構(gòu)有很多，大家有各自不同的測(cè)量手段，得出的結(jié)果可能也會(huì)不一樣，這就需要評(píng)估各種測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果”，王猛介紹說(shuō)。
2008年11月17日，對(duì)王猛來(lái)說(shuō)是個(gè)難以忘懷的日子。近代物理所所長(zhǎng)肖國(guó)青研究員和法國(guó)原子質(zhì)量評(píng)估與原子質(zhì)量數(shù)據(jù)中心主任Georges Audi教授簽訂合作備忘錄，標(biāo)志著國(guó)際原子核質(zhì)量評(píng)估工作的重心從法國(guó)轉(zhuǎn)移到了中國(guó)。
達(dá)成這項(xiàng)重要決議的“牽線人”，正是王猛。
更早之前，在南京召開(kāi)的一個(gè)小型國(guó)際研討會(huì)上，王猛遇到Audi教授。作為法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院（CNRS）核譜質(zhì)譜研究中心（CSNSM）的主任研究員，以及國(guó)際原子質(zhì)量數(shù)據(jù)中心（AMDC）的主任，Audi教授長(zhǎng)期從事原子質(zhì)量評(píng)估工作（AME）。當(dāng)時(shí)的他，正在世界各地尋找原子質(zhì)量中心的托管單位。
在這個(gè)研討會(huì)上，王猛用英文報(bào)告了中科院近代物理所在原子質(zhì)量測(cè)量方面的工作成果。Audi教授非常關(guān)注王猛的報(bào)告，尤其是近代物理所已經(jīng)開(kāi)展的儲(chǔ)存環(huán)和彭寧離子阱質(zhì)量測(cè)量等方面的研究工作，認(rèn)為這里非常適合原子質(zhì)量評(píng)估。就這樣，雙方幾乎“一拍即合”，完成了國(guó)際原子質(zhì)量評(píng)估的“華麗轉(zhuǎn)身”。
從此，王猛和他的團(tuán)隊(duì)新增了一項(xiàng)工作——原子質(zhì)量評(píng)估。
一時(shí)間，“國(guó)際原子質(zhì)量評(píng)估中心移交中國(guó)”“原子核質(zhì)量中國(guó)說(shuō)了算”等話題見(jiàn)諸各大媒體——王猛團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)工作成了社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。
王猛并不在乎媒體的報(bào)道和熱議，在他眼里，原子核的質(zhì)量評(píng)估是一項(xiàng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ??！百|(zhì)量評(píng)估是一項(xiàng)很基礎(chǔ)的工作，相當(dāng)于編制‘字典’一類的工具書(shū)。我們的任務(wù)就是對(duì)各種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，并把可靠數(shù)據(jù)匯總起來(lái)，為后續(xù)研究提供便利。”在王猛眼里，這項(xiàng)看似基礎(chǔ)性的工作卻有著“世界級(jí)”的學(xué)術(shù)價(jià)值，“從學(xué)術(shù)積累的角度上，說(shuō)它功在當(dāng)代利在千秋也不過(guò)分，因?yàn)楹笕嗽谘芯窟@些原子核的時(shí)候，必須參考這些前人已有的研究數(shù)據(jù)”。
2017年，歷時(shí)近8年之久，由王猛牽頭的《原子質(zhì)量評(píng)估2016》在《Chinese Physics C》上正式出版，這份報(bào)告共收錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)13035條，從中挑選出可靠且精度較高的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)5675條作為有效的輸入數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)評(píng)估，推薦了基態(tài)原子質(zhì)量3435個(gè)，包括2497個(gè)原子核的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和938個(gè)外推質(zhì)量。
這是中國(guó)人在國(guó)際原子質(zhì)量評(píng)估工作中提交的第一份重量級(jí)答卷。
面對(duì)這份厚重的答卷，王猛卻很淡然。他說(shuō)，“報(bào)告最直接的效應(yīng)是提升了《Chinese Physics C》這份中國(guó)期刊的國(guó)際影響力，出版至今被各類引用400多次。由于原子核質(zhì)量在原子核結(jié)構(gòu)、核天體物理及核能開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，AME已經(jīng)成為核物理界引用頻率最高的科學(xué)文獻(xiàn)。
采訪手記：踏實(shí)做好基礎(chǔ)研究
采訪王猛是一件非?！捌D難”的任務(wù)。與王猛的談話，充斥著原子核、離子阱、儲(chǔ)存環(huán)、質(zhì)譜儀、皮秒、鈷51、As-65等等陌生的物理名詞。整個(gè)采訪，更像是王猛老師為我們專門(mén)開(kāi)設(shè)的一堂生動(dòng)的核物理科普知識(shí)講座。然而，在采訪中，我們與王猛的幾段簡(jiǎn)短問(wèn)答卻給人留下深刻的印象——
“原子核研究有沒(méi)有核輻射危險(xiǎn)？”
“（微笑著說(shuō)）我們天天與核打交道，你看我們像是有問(wèn)題的樣子嗎？我們平常在辦公室做研究，和大家沒(méi)什么分別。在加速器上準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，接受到的也都是非常弱的輻射，和你們平時(shí)體檢拍X光片一樣，對(duì)人體沒(méi)有什么傷害。而且，我們制定了非常專業(yè)和嚴(yán)格的工作管理流程，只要按照流程走就不會(huì)有危險(xiǎn)。我們給每人配備了劑量筆，用于測(cè)量人體輻射計(jì)量，測(cè)出的數(shù)值都很弱，非常安全，你們也可以放心參觀?！?/p>
“你們做的工作有什么實(shí)際用處？”
“（平和地說(shuō)）我們做的是核物理領(lǐng)域最基礎(chǔ)的工作，它和我們?nèi)粘Ｄ芙佑|到的東西看似沒(méi)有什么直接聯(lián)系，往往很多年以后才能看到實(shí)際的用處。基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，要看它的長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值。”
“原子核質(zhì)量測(cè)量最重要的地方是什么？”
“（快速地說(shuō)）當(dāng)然是追求精準(zhǔn)了！你得想辦法找到它，并能在超短時(shí)間內(nèi)捕捉到它，同時(shí)精準(zhǔn)地測(cè)出它們的質(zhì)量，搞清它們的結(jié)構(gòu)，最后還得接受國(guó)際同行的質(zhì)疑和檢驗(yàn)。所以‘準(zhǔn)確’是最重要的?！?/p>
“原子核研究者需要怎樣的個(gè)人素養(yǎng)？”
“（嚴(yán)肅地說(shuō)）我覺(jué)得首先是心里不要太浮躁，要沉下心來(lái)，真正踏實(shí)做一些研究。現(xiàn)在國(guó)家給我們提供的科研條件這么好，應(yīng)該在年輕的時(shí)候就踏踏實(shí)實(shí)地做一點(diǎn)事情?！?/p>
……
樸素、平和，是王猛給我們的外在感覺(jué)；求準(zhǔn)、求實(shí)，是王猛傳遞給我們的深層“人設(shè)”。采訪中，王猛經(jīng)常掛在嘴邊的一句話是——“做基礎(chǔ)研究必須實(shí)事求是，追求極致，因?yàn)樗苤匾?，不能出一點(diǎn)錯(cuò)?！?/span>
2018年底，英國(guó)物理學(xué)會(huì)（Institute Of Physics，IOP）頒布“2018英國(guó)物理學(xué)會(huì)高被引中國(guó)作者獎(jiǎng)”，王猛老師成功入選。該獎(jiǎng)對(duì)2015-2017年在IOP期刊發(fā)表的所有論文進(jìn)行評(píng)選，對(duì)被引次數(shù)在所屬領(lǐng)域排名為前百分之一的論文通訊作者進(jìn)行表彰，來(lái)自物理、材料、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、天文學(xué)和天體物理學(xué)等領(lǐng)域的151位作者獲獎(jiǎng)。
