安心科研 踏實(shí)教學(xué)——記首都師范大學(xué)物理系教授紀(jì)安春

本刊記者 邵 華

安心科研 踏實(shí)教學(xué)
——記首都師范大學(xué)物理系教授紀(jì)安春

本刊記者 邵 華

《論語(yǔ)·雍也第六》里說(shuō)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者。”興趣看似飄渺虛幻，但確實(shí)具有神奇的內(nèi)驅(qū)動(dòng)作用，這一點(diǎn)在科學(xué)研究中是有例子可循的。

來(lái)自首都師范大學(xué)物理系的紀(jì)安春教授就是一位以興趣作科學(xué)研究原動(dòng)力的科研工作者。大學(xué)里原本學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的他，因?yàn)閷?duì)物理學(xué)的熱愛(ài)，畢業(yè)之后毅然報(bào)考了北京大學(xué)物理學(xué)院的碩士研究生，憑借著自身對(duì)知識(shí)的渴望以及導(dǎo)師的耐心輔導(dǎo)，他很快走上了物理研究的道路，在北大物理學(xué)院完成碩士及博士課程后，2007年，他又到中國(guó)科學(xué)院物理研究所繼續(xù)博士后的研究，2008年，紀(jì)安春到首都師范大學(xué)物理系任教，過(guò)上了科研教學(xué)兩不誤的生活，他說(shuō)他希望將自己的學(xué)術(shù)體驗(yàn)傳遞給學(xué)生，培養(yǎng)更多的有識(shí)青年。

努力探索未知世界

科學(xué)是探索未知，發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過(guò)程，艱苦的探索可能獲得重大的發(fā)現(xiàn)，也可能一無(wú)所獲。這就意味著從事科學(xué)研究的人，需要有一種默默無(wú)聞的精神，需要全身心的投入。

在中科院物理研究所，紀(jì)安春所在的小組在光與物質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)光學(xué)微腔陣列可以有效地實(shí)現(xiàn)量子鐵磁相和反鐵磁相，并進(jìn)一步預(yù)言存在一種新穎的超逆流凝聚相(Super－counter－fluidity phase)。這一研究成果已發(fā)表在2007年11月2日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters，99，183602 ，2007）上。相關(guān)研究得到中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和科技部的支持。

此外，紀(jì)安春還與同事們一起設(shè)計(jì)了一個(gè)光學(xué)微腔陣列，每個(gè)微腔包含一個(gè)V型三能級(jí)原子。由于光子之間的強(qiáng)相互作用，橫向極化的光子之間會(huì)形成混合。通過(guò)調(diào)節(jié)偶極躍遷矩陣元以及不同光學(xué)微腔之間的躍遷幾率，這個(gè)體系可以有效地實(shí)現(xiàn)量子鐵磁相和反鐵磁相，同時(shí)他們進(jìn)一步預(yù)言存在一種新穎的超逆流凝聚相，并詳細(xì)地研究了如何在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)超逆流凝聚相。超逆流凝聚相可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)新型的光學(xué)開(kāi)關(guān)。這項(xiàng)新的研究工作有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光與物質(zhì)相互作用。

紀(jì)安春還對(duì)物理界“看不見(jiàn)摸不著”的原子十分感興趣。他表示，自從1995年實(shí)驗(yàn)上成功地實(shí)現(xiàn)了超冷原子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚之后，冷原子物理立刻成為一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)。其中有一個(gè)令大家非常感興趣的問(wèn)題是：如何在實(shí)驗(yàn)上來(lái)產(chǎn)生和觀測(cè)分?jǐn)?shù)化的渦旋。針對(duì)這個(gè)基本的物理學(xué)問(wèn)題，紀(jì)安春研究了F=1的23Na原子凝聚體的分立對(duì)稱和1/2量子渦漩的基態(tài)性質(zhì)以及他們的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，給出了如何在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)這種新奇拓?fù)浼ぐl(fā)的具體步驟，為實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)這種拓?fù)浼ぐl(fā)提供了一條切實(shí)可行的路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在2008年P(guān)RL上。

最近幾年來(lái)，冷原子開(kāi)始與腔量子電動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)合起來(lái)。特別是2005年，美國(guó)Kimble小組在Nature雜志上發(fā)表了光子阻塞效應(yīng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，為凝聚態(tài)物理和量子信息的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新的研究方向。2007年，紀(jì)安春研究了光子的多體強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，預(yù)言在二維光子晶體帶隙微腔陣列中可以實(shí)現(xiàn)極化光子的自旋關(guān)聯(lián)，同時(shí)系統(tǒng)的基態(tài)可能是超逆流凝聚相；紀(jì)安春還和同事一起構(gòu)造了光子自旋梯子，它對(duì)將來(lái)構(gòu)造量子計(jì)算裝置是很有意義的。相關(guān)研究成果發(fā)表在2007年P(guān)RL上。

2008年，紀(jì)安春來(lái)到首都師范大學(xué)后，繼續(xù)在腔量子電動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域展開(kāi)深入研究。他考慮了兩個(gè)微腔之間的弱耦合，實(shí)現(xiàn)光子的直流和交流Josephson效應(yīng)，從而可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的量子光學(xué)無(wú)法觀測(cè)到的相干效應(yīng)。這個(gè)工作發(fā)表在2009年的PRL上。此工作被Nature?？疦ature China作為重要進(jìn)展做了介紹，指出：“這方面的進(jìn)展將幫助科學(xué)家探索量子光學(xué)新的現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)未來(lái)的量子器件”。

前不久，紀(jì)安春還申請(qǐng)了名為“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”的項(xiàng)目，他表示，若能獲得項(xiàng)目資助，他將在腔與冷原子相互作用展開(kāi)深入研究。具體研究計(jì)劃是：

1．研究在一個(gè)微腔中裝入冷原子，并在其中加上遠(yuǎn)失諧的光晶格，然后研究腔和原子的非線性耦合。紀(jì)安春和同事們發(fā)現(xiàn)冷原子體系可以打開(kāi)一個(gè)能隙，這個(gè)非常類似于固體物理中的Pierls相變。同時(shí)，腔場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光學(xué)雙穩(wěn)定性。例如：如果考慮1D簡(jiǎn)并費(fèi)米子氣體與腔場(chǎng)的耦合，腔場(chǎng)可能會(huì)引起穩(wěn)態(tài)相變，即從自由費(fèi)米子氣體到密度波金屬或者絕緣體轉(zhuǎn)變 。

2.研究當(dāng)把極性分子加入到腔里面，同時(shí)考慮它的旋轉(zhuǎn)，極性分子的旋轉(zhuǎn)基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)就是一個(gè)有效的二能級(jí)體系，這樣就可以同時(shí)考慮腔場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)自由度以及極性分子的偶極相互作用的耦合，這個(gè)體系將會(huì)展現(xiàn)出非常豐富的物理內(nèi)容，這將為模擬量子力學(xué)以及實(shí)現(xiàn)量子操縱提供了一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。

3．研究1D簡(jiǎn)并玻色氣體與腔場(chǎng)的耦合。該體系會(huì)出現(xiàn)光力學(xué)振蕩。目前，光力學(xué)耦合是物理學(xué)中一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)，它對(duì)于高精密測(cè)量、引力波探測(cè)、量子計(jì)算以及量子力學(xué)基本概念的研究都具有重要研究?jī)r(jià)值。計(jì)劃研究1D簡(jiǎn)并玻色氣體原子間的強(qiáng)相互作用對(duì)光力學(xué)到底會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。

4.1D相互作用的量子體系是典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，其中自旋電荷分離是一個(gè)非常重要的現(xiàn)象?；?D簡(jiǎn)并玻色氣體與腔場(chǎng)耦合的光力學(xué)振蕩行為，可以非常方便的來(lái)研究上述強(qiáng)關(guān)聯(lián)行為。目前該研究已經(jīng)展開(kāi)，并得到了一些有意義的初步結(jié)果。

熱心從事基礎(chǔ)教學(xué)

面對(duì)已經(jīng)取得的成績(jī)，紀(jì)安春從不居功自傲。除了繁忙的科研、教學(xué)和指導(dǎo)研究生之外，他把很大一部分精力花在了本科生的基礎(chǔ)課教學(xué)上。

自2008年到首都師范大學(xué)物理系任教以來(lái)，紀(jì)安春負(fù)責(zé)講授了《大學(xué)物理》、《電動(dòng)力學(xué)》、《數(shù)學(xué)物理方法》、《量子統(tǒng)計(jì)》等課程。其中，《數(shù)學(xué)物理方法》和《電動(dòng)力學(xué)》是主講課程。在教學(xué)中，他不斷探索和改進(jìn)基礎(chǔ)理論課的教學(xué)方法，取得了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。為此，系里還專門請(qǐng)他上了兩次全系公開(kāi)課，得到全系教師的肯定和好評(píng)。

對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生，紀(jì)安春有他自己的看法。他表示，培養(yǎng)學(xué)生最重要的是傳授給他們科學(xué)的思維方式以及知識(shí)背后的東西。由于科學(xué)是舶來(lái)品，雖然經(jīng)歷了一百多年幾代人的努力，科學(xué)的思想仍然沒(méi)有能夠很好的融入我們的文化和生活。特別是眾所周知，我們的中小學(xué)教育向來(lái)偏重知識(shí)的被動(dòng)傳授，而長(zhǎng)期漠視科學(xué)思想、科學(xué)文化以及人文精神的培養(yǎng)。對(duì)于一個(gè)大國(guó)的崛起和民族的創(chuàng)新來(lái)說(shuō)，后者才是根基所在，是孕育無(wú)限可能的土壤。紀(jì)安春表示，他自己在中學(xué)時(shí)代就特別厭學(xué)，對(duì)被動(dòng)傳授的知識(shí)具有很強(qiáng)的抵觸情緒，更談不上對(duì)知識(shí)會(huì)產(chǎn)生多少興趣。老師向來(lái)只是強(qiáng)行要求學(xué)生機(jī)械地接受知識(shí)，把知識(shí)變成權(quán)威。同時(shí)學(xué)校、老師和家長(zhǎng)聯(lián)合編織成一張恢天大網(wǎng)，把學(xué)習(xí)知識(shí)變得至高無(wú)上，變成升學(xué)乃至升官發(fā)財(cái)?shù)墓ぞ?。至于科學(xué)人文精神竟然似乎和我們的教育沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)系。由于眾所周知的原因，目前的中小學(xué)教師有的迫于外界壓力無(wú)法自由向?qū)W生傳輸科學(xué)人文思想，有的自身科學(xué)人文素質(zhì)也有待提高。而師范類大學(xué)是直接培養(yǎng)中小學(xué)教師的搖籃，師范類大學(xué)生的學(xué)識(shí)、能力和人文科學(xué)精神境界的高低將直接決定著每一天千百萬(wàn)個(gè)中小學(xué)課堂的教學(xué)成敗，同時(shí)也決定著這個(gè)民族的未來(lái)。紀(jì)安春強(qiáng)調(diào)，師范類大學(xué)首先要特別重視基礎(chǔ)課的教學(xué)，沒(méi)有基礎(chǔ)就沒(méi)有一切。其次，在基礎(chǔ)課的教學(xué)當(dāng)中，最重要的不是傳授知識(shí)的多少，而是要引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)和感悟知識(shí)創(chuàng)造的過(guò)程，使學(xué)生在獲得知識(shí)的同時(shí)，融入科學(xué)的精神。

教學(xué)之外，紀(jì)安春還主持了1項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，參加1項(xiàng)973計(jì)劃的子課題以及1項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)青年基金。2011年他擔(dān)任了第26屆國(guó)際低溫物理大會(huì)“量子氣體、流體和固體分會(huì)”地方委員會(huì)委員，以及理論物理北京市科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員。

一生不事張揚(yáng)，在生活里不顯山不露水，只知默默耕耘，如一老農(nóng)，這就是我們眼中的紀(jì)安春——一個(gè)總說(shuō)自己普通但卻不普通的大學(xué)老師！