“高深”費(fèi)米子背后的“簡(jiǎn)單”科學(xué)

李艷

近期，許多科技媒體都在重要位置報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)在拓?fù)湮飸B(tài)研究領(lǐng)域取得的重大突破：我國(guó)科學(xué)家首次觀測(cè)到三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開(kāi)辟了新的方向。

外界評(píng)價(jià)這次發(fā)現(xiàn)具有重大意義—打破常規(guī)分類的新型費(fèi)米子研究，對(duì)于深入理解基本粒子性質(zhì)具有重要意義。更為難得的是，該項(xiàng)研究從理論預(yù)言、樣品制備到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的全過(guò)程都由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成。

這個(gè)吸引全世界目光的成果出自中科院物理所一群年輕的科學(xué)家。翁紅明、錢(qián)天、石友國(guó)是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的骨干成員，他們來(lái)自不同的省市，學(xué)著不同的專業(yè)。但是，他們又有著同樣的經(jīng)歷，比如都在90年代中后期進(jìn)入大學(xué)，在21世紀(jì)初留學(xué)日本并迅速回國(guó)。在科研一線默默耕耘十幾年后，他們或許進(jìn)入了“爆發(fā)期”。

理論、樣品、實(shí)驗(yàn)，一個(gè)都不能少

作為理論物理學(xué)家，翁紅明專攻量子材料的計(jì)算和設(shè)計(jì)。2015年，他和方辰、戴希、方忠等一起，先理論預(yù)言再與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作，首次證實(shí)了外爾半金屬砷化鉭家族材料的存在。2016年，他們又進(jìn)一步“預(yù)言”：在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡(jiǎn)并的電子態(tài)。此次《自然》發(fā)布的成果從實(shí)驗(yàn)角度證實(shí)了一年前三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子的預(yù)言是正確的。而這兩次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的完成者便是物理所的丁洪、錢(qián)天團(tuán)隊(duì)。

通常，物理學(xué)分成兩大類，即理論物理和實(shí)驗(yàn)物理。理論物理通過(guò)理論推導(dǎo)和公式推算得出的結(jié)論被稱為“預(yù)言”，“預(yù)言”必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能成為國(guó)際公認(rèn)的事實(shí)。

有心人可能會(huì)注意到，物理所幾次重大發(fā)現(xiàn)的官方總結(jié)中都會(huì)反復(fù)提到，“理論預(yù)言、樣品制備到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的全過(guò)程”，在科學(xué)家們看來(lái)，正是這三個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)環(huán)相扣才有了他們的屢次成功?！叭绷四囊粋€(gè)環(huán)節(jié)都不行，這次能走在世界其他小組之前首次觀測(cè)到三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子是大家通力合作的結(jié)果?！蔽碳t明說(shuō)。

翁紅明和錢(qián)天一致認(rèn)為，科研僅靠一個(gè)人甚至靠一個(gè)小組的力量是不夠的，當(dāng)有重要任務(wù)目標(biāo)時(shí)，物理所的幾個(gè)小組無(wú)縫對(duì)接，無(wú)論是前年發(fā)現(xiàn)外爾半金屬還是這次發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子，都勝在理論、樣品、實(shí)驗(yàn)的緊密結(jié)合。

這里就不得不提到樣品制備，不少研究機(jī)構(gòu)或許會(huì)忽略這一環(huán)節(jié)?！暗俏锢硭淮嬖谶@個(gè)問(wèn)題?！笔褔?guó)樂(lè)呵呵地說(shuō)。他是物理所的研究員，樣品制備的專家，天生一副笑面孔，但練就了一身硬功夫。在此次發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子的過(guò)程中，他經(jīng)過(guò)幾次摸索，很快生長(zhǎng)出高質(zhì)量的樣品，為團(tuán)隊(duì)贏得了寶貴的時(shí)間。

既要埋頭苦干，也要閑聊天

石友國(guó)笑稱自己干的是“體力活”。說(shuō)是體力活也沒(méi)錯(cuò)，因?yàn)闃悠分苽浜吞崛〉倪^(guò)程不能間斷，而且其對(duì)樣品的質(zhì)量和尺寸的要求特別高，所以石友國(guó)和小組成員經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室里一待就是好幾個(gè)小時(shí)，戴著好幾層手套，熱得大汗淋漓、衣衫濕透?！拔移綍r(shí)就愛(ài)做鍛煉，我這是體力活，身體不好干不了?！笔褔?guó)笑著說(shuō)。

這體力活，石友國(guó)堅(jiān)持干了十幾年，但同事們都說(shuō)樣品生長(zhǎng)更是一門(mén)手藝，需要在長(zhǎng)期勞作中積累和摸索。國(guó)內(nèi)外的同行經(jīng)常找他拿樣品，沒(méi)樣品沒(méi)法做實(shí)驗(yàn)。

錢(qián)天算是“近水樓臺(tái)先得月”，很多樣品石友國(guó)總能第一時(shí)間為他制備出來(lái)?！斑@次就是石友國(guó)迅速制備出碳化鎢家族中的磷化鉬單晶樣品，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，成功解析出磷化鉬的電子結(jié)構(gòu)，觀測(cè)到其中的三重簡(jiǎn)并點(diǎn)，與翁紅明他們的計(jì)算結(jié)果高度吻合，首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)突破傳統(tǒng)分類的三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子?！卞X(qián)天說(shuō)。

錢(qián)天長(zhǎng)著一張娃娃臉，看起來(lái)有些不善言辭，但他卻說(shuō)自己平日里最大的喜好就是閑聊?！耙郧坝X(jué)得拼命看文獻(xiàn)、做實(shí)驗(yàn)就能解決問(wèn)題，后來(lái)發(fā)現(xiàn)與人的溝通交流也同樣重要，因?yàn)槟軓牟煌四抢铽@得新思路、新方法?！彼f(shuō)。

物理所的咖啡廳在圈里享有盛譽(yù)，傳說(shuō)這里的咖啡好喝且常有各路“科學(xué)大咖”在這里“火花碰撞”。和前輩們一樣，翁紅明、石友國(guó)和錢(qián)天也把咖啡廳當(dāng)作他們的小天地，翁紅明有什么新想法一定第一時(shí)間告訴他們，石友國(guó)和錢(qián)天在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有什么新發(fā)現(xiàn)或疑惑也會(huì)第一時(shí)間反饋給翁紅明。

“閑聊中就能交換信息，我們的交流是完全敞開(kāi)的，毫無(wú)保留地讓大家知道我們做了什么?！蔽碳t明說(shuō)。

十年磨劍，也曾有彷徨迷茫時(shí)

在人們的想象中，理論物理學(xué)家的生活猶如“老僧入定”—坐著琢磨之后靈光乍現(xiàn)，但今非昔比，他們的生活節(jié)奏早已發(fā)生了很大的變化?！懊刻焐习嗟牡谝患戮褪遣榭磭?guó)際上最新的科研進(jìn)展，了解世界最前沿的研究和進(jìn)展，然后分析、思考、計(jì)算，之后把自己的想法跟同事們交流?！蔽碳t明說(shuō)。

從2000年在南京大學(xué)攻讀理論物理博士學(xué)位到現(xiàn)在，翁紅明在這個(gè)領(lǐng)域已奮斗了十多年，始終在自己的科研方向上堅(jiān)持不懈。但是在物理所，他們還是小字輩。

說(shuō)起來(lái)，這代年輕的科學(xué)家承受了不少壓力。在他們之前有許多成績(jī)斐然的前輩，在他們之后又有許多光環(huán)加身的海歸才俊。他們也曾疑惑：自己的研究到底能不能做出了不起的成果？

“但是這些年來(lái)，我一直在堅(jiān)持，做起樣品來(lái)越來(lái)越順手。”石友國(guó)說(shuō)。錢(qián)天也有同樣的感覺(jué)。他說(shuō)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有許多不確定因素，成功、失敗都是常有的事。像這一次三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)過(guò)程中就經(jīng)歷了不少波折，幸運(yùn)的是堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)幾個(gè)月后，他們終于獲得了成功。實(shí)驗(yàn)一旦開(kāi)始，便是24小時(shí)不停歇，不分晝夜地守在實(shí)驗(yàn)室。熬夜是常事，錢(qián)天和他的同事們便是這樣“熬”過(guò)來(lái)的。

幾個(gè)月前，錢(qián)天和石友國(guó)曾有過(guò)一次閑聊，探討的正是科研成果和科研信心的問(wèn)題。聊到最后，他們互相鼓勵(lì)說(shuō)：堅(jiān)持耕耘總會(huì)迎來(lái)收獲的一天。幾個(gè)月后，他們?cè)凇蹲匀弧钒l(fā)表三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子的文章，贏得了全世界關(guān)注的目光。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》）endprint