為百億大科學(xué)裝置加持護(hù)航的年輕人

喬治

上?？萍即髮W(xué)副研究員

喬治是2023年啟明星頒證交流會上筆者有幸結(jié)識的多位星友之一。引起我注意的是他的名字和與之交談時(shí)的落落大方，他說他來自上?？萍即髮W(xué)，目前正從事硬X射線自由電子激光裝置相關(guān)科學(xué)問題的攻關(guān)工作。一聽到硬X射線裝置我馬上上心了，之前看到的報(bào)道留下了很深印象：這可能是迄今上海在建的和已建的大科學(xué)裝置中投資量最大的——總投資達(dá)到百億人民幣。關(guān)于這個(gè)大裝置的情況，我想很多人會很關(guān)心。采訪前幾天上海的氣溫?cái)嘌率较陆?，采訪當(dāng)天12月21日市區(qū)的最低溫更是低于零下3度，校園里幾處水面已結(jié)冰，幸好陽光充足。喬治安排了校園里的一處咖啡館，我們交談了近三個(gè)小時(shí)，雖然暖氣開得不算很足，但全情投入于內(nèi)容的我倆居然沒有感受到寒意。

人生想象力噴發(fā)的階段有幸與科幻結(jié)緣

1988年出生的喬治有近一米八高，身體強(qiáng)健，五官周正，嗓音穩(wěn)緩，當(dāng)他說到自己的出生地——內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市察哈爾右翼前旗——我心里想這跟他的相貌、體型很契合。問起他的名字有何含義時(shí)，他說是爸爸起的，可能覺得這個(gè)單名好記，應(yīng)該沒有什么特殊含義。說起名字，倒是喬治拿到啟明星計(jì)劃告知父母時(shí)，他們不知道“啟明星”是什么意思，還特意去查了詞典。喬治也借此給他們普及了啟明星項(xiàng)目的情況。

喬治的父母通過耕作和之后到城市打工撫育一雙兒女，他們是靠著勤勞的雙手幫助兒女完成大學(xué)學(xué)業(yè)的典型中國式父母。那個(gè)時(shí)候，喬治跟著到呼和浩特打工的父母有機(jī)會在比老家教育好很多的呼市小學(xué)、中學(xué)念書。聊起這一段，喬治很感激父母當(dāng)年能讓他受到好一點(diǎn)的教育，“如果不是這樣的話很可能今天的我就是另外一種情況”。對爸媽打工掙錢的種種不易，喬治都看在眼里，他也慢慢知道只有好好學(xué)習(xí)才會有前途。由于讀書成績好，喬治在小學(xué)期間受到了老師很多表揚(yáng)，每次成績單拿到家里，特別是家長會老師點(diǎn)名表揚(yáng)時(shí)看到媽媽特別開心的樣子，他也很開心。為了能讓爸媽開心，他小學(xué)到初中的學(xué)習(xí)成績一直保持在年級第一名。中考時(shí)沒有考出最好成績，加上戶籍限制沒能進(jìn)入公立中的好高中，這樣就去了學(xué)雜費(fèi)每年上萬的私立學(xué)校。當(dāng)時(shí)姐姐還在上大學(xué)，家里還是很缺錢的。好在學(xué)校有一個(gè)政策，考試分?jǐn)?shù)達(dá)到年級第一名者可免收學(xué)雜費(fèi)。喬治又有了奮斗方向：為了免收學(xué)雜費(fèi)一定要考到第一。他說到做到，每年都拿了第一，整個(gè)高中階段沒有繳過學(xué)雜費(fèi)。

喬治說他初高中階段特別喜歡武俠小說和科幻書籍，“當(dāng)時(shí)《科幻世界》雜志是一直在看的，每周都會去書店看，也會去圖書館借。高二時(shí)看了劉慈欣的《三體》的前半部分，特別震撼”。當(dāng)時(shí)喬治正在念的物理課本已經(jīng)教到不少物理名詞，如宇宙演化、黑洞和時(shí)空曲率、核反應(yīng)的能量產(chǎn)生、波粒二象性等，“教科書上的物理名詞概念只是一個(gè)知識點(diǎn)的介紹，但科幻小說會把這些物理概念具象化，讓你覺得這個(gè)世界可能存在另外一種狀態(tài)和模式，這與我從教科書上得到的認(rèn)知完全不一樣，有受到科學(xué)啟蒙的感覺”。至今回想起來，喬治很感懷在初高中人生想象力噴發(fā)的階段有幸與科幻結(jié)緣：“盡管有一些科幻作品的表述從科學(xué)上看不是很嚴(yán)謹(jǐn)，但它可以激發(fā)你的想象力和想去探索的欲望，讓你感到做科學(xué)探索是特別有吸引力的事情。至今我在科研思維上都受益于當(dāng)時(shí)讀過的科幻小說——我們做科研的無疑要非常嚴(yán)謹(jǐn)，但也需要有想象力，有發(fā)散性，這樣才可能獲得一些特別有意思的想法——我的思維不受拘束這一點(diǎn)對我很有幫助。”

真正參與實(shí)驗(yàn)才會理解科學(xué)概念的含義

喬治高考比較順利，考到哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。這個(gè)專業(yè)與激光相關(guān)，是他理想的學(xué)校和專業(yè)。哈工大四年給喬治的最大感覺是課業(yè)緊、功課特別多，大一、大二每天要上很多課，基本上從早上到晚上7點(diǎn)多都在上課，晚上不少同學(xué)還會帶著書去暖氣更足的自修室，一般都要十一二點(diǎn)才回宿舍。自修室座位很緊張，需要提前去占座，即使雙休日也如此。在喬治的描述中，那時(shí)（2008年）哈工大校園里很少看到看手機(jī)、上網(wǎng)打游戲的同學(xué)，出去玩的更少，這很大程度上與這所學(xué)校多年形成的相對嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)有關(guān)。哈工大鼓勵本科生接觸一些科研工作，大二、大三起，不少同學(xué)已經(jīng)聯(lián)系到實(shí)驗(yàn)室跟著研究生師兄師姐接觸甚至參與一些項(xiàng)目了?！爱?dāng)時(shí)我們本科生想到實(shí)驗(yàn)室是方便的，可以找老師溝通想去的課題，一般都會獲得批準(zhǔn)?！眴讨未笕酱笏膮⑴c了一個(gè)與紅外激光有關(guān)的實(shí)驗(yàn)課題。這個(gè)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會對喬治日后走上科研之路幫助很大，“因?yàn)闀旧蠈W(xué)的知識還比較表面，到了實(shí)驗(yàn)室真正參與了才會理解相關(guān)科學(xué)概念的含義”。喬治以激光器為例：我們雖然從教科書上學(xué)了激光器是怎么回事，但在沒有見過這個(gè)裝置之前，印象是不深的。進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)師給你練手的機(jī)會，去搭一些簡單的激光裝置，去調(diào)反射鏡，最后出光時(shí)在功率計(jì)上做測量。只有參與了這些過程才能對激光有更直觀、清晰的理解。

大四時(shí)，喬治參與的項(xiàng)目是用布里淵散射這一現(xiàn)象對激光做壓縮，把激光從納秒壓縮至皮秒量級。這是一個(gè)用在慣性約束核聚變上的在研項(xiàng)目，要寫代碼，建模型，然后用計(jì)算機(jī)計(jì)算、仿真，并在實(shí)驗(yàn)室的激光器上驗(yàn)證。喬治全程參與了以上工作以及兩篇論文的撰寫，他由此也明白了做課題（項(xiàng)目）是怎么回事，怎么一步步進(jìn)行，理論實(shí)踐如何結(jié)合，這幫助他初步確立了以科研為自己的職業(yè)方向的志向。

因?yàn)楸究瞥煽儍?yōu)異，喬治獲得學(xué)校推薦保研資格。他聯(lián)系了中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，并在2012年順利入讀上海光機(jī)所。做此選擇也是因?yàn)榇笏哪莻€(gè)項(xiàng)目，他知道了慣性約束核聚變是怎么回事，而上海光機(jī)所的神光裝置就是做這件事的。喬治在光機(jī)所碩博讀了5年，導(dǎo)師是林尊琪院士，后階段因林院士身體原因，主要由范薇老師帶教，范老師是林院士團(tuán)隊(duì)的骨干、研究員。兩位老師在喬治心目中都是那種非常純粹、執(zhí)著于學(xué)問的科學(xué)家：“林老師是我做科研和為人的榜樣，也是做事特別踏實(shí)的老一輩科學(xué)家。林老師偏向于宏觀指引，比如大的研究方向，我的興趣，想解決什么問題，應(yīng)該怎么做，而具體的科研選題以范老師為主?！眱晌粚?dǎo)師對我的影響是讓我明白：作為一個(gè)科學(xué)裝置研發(fā)者，科研的終極目標(biāo)是要做出性能達(dá)到理想狀態(tài)的裝置，而不是為了發(fā)文章或追求熱點(diǎn)，不是最近什么火了就去做什么。“當(dāng)時(shí)我參與的課題是神光裝置的前端系統(tǒng)，是為整個(gè)裝置產(chǎn)出一種高質(zhì)量的種子激光，只有這個(gè)種子激光的性能真正達(dá)標(biāo)，后面一系列的放大實(shí)驗(yàn)的效果才有把握。這涉及很多科學(xué)問題及相應(yīng)的工程問題。范老師帶著我逐一解決了涉及的問題，其中很重要的是我們解決了所有事關(guān)輸出穩(wěn)定性的幅頻調(diào)制中出現(xiàn)的問題。為此我和范老師花了很多時(shí)間，嘗試過不同的方案，前后歷時(shí)一年多。最后的方案把幅頻調(diào)制對輸出的影響降到了最低。”在林院士、范老師帶領(lǐng)下，參與神光大科學(xué)裝置研制任務(wù)的這5年為喬治日后的科研生涯做了非常重要的鋪墊。

博士畢業(yè)在上海光機(jī)所神光裝置樓前

2016年教師節(jié)林尊琪院士與學(xué)生合照

國外5年完成博士生向職業(yè)科研人的轉(zhuǎn)變

2017年喬治博士畢業(yè)。從本科涉足激光到博士學(xué)業(yè)完成，與激光、激光器打了近十年交道的喬治，很想去了解激光在物理中有哪些用武之地及未來激光可能的發(fā)展方向。于是他聯(lián)系了英國帝國理工學(xué)院的約翰 · 亞當(dāng)姆斯研究所，這個(gè)在激光等離子體研究方面積累很深的研究所當(dāng)時(shí)正在籌建超短激光裝置。在約翰 · 亞當(dāng)姆斯研究所兩年博士后工作期間，喬治負(fù)責(zé)搭建了一套太瓦級的超短激光裝置（這套裝置現(xiàn)已用于電子加速），他也因此進(jìn)入了激光X射線領(lǐng)域，知道了怎樣用激光產(chǎn)出X射線，并由此萌發(fā)了把激光和X射線結(jié)合起來做一些物理研究的想法，這個(gè)想法使他在2019年?duì)幦〉搅艘粋€(gè)去著名的美國國家實(shí)驗(yàn)室——阿貢實(shí)驗(yàn)室——的機(jī)會。

喬洽（左一）在美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子光源實(shí)驗(yàn)裝置前與團(tuán)隊(duì)成員合影

位于美國中西部的阿貢實(shí)驗(yàn)室有美國最大的X射線同步輻射裝置。初涉X射線領(lǐng)域的喬治想去阿貢實(shí)驗(yàn)室做一些與X射線相關(guān)的研究，2019到2022年，喬治如愿在阿貢實(shí)驗(yàn)室從事X射線檢測，X射線與激光結(jié)合的檢測與成像方法方面的研究。在阿貢實(shí)驗(yàn)室的這三年，喬治接觸到了X射線不同方向的課題，知道自己可以在哪些方面有所作為，如在X射線的光束線和深度學(xué)習(xí)結(jié)合方面，用深度學(xué)習(xí)介入X射線的波前檢測，有望提升后期實(shí)驗(yàn)時(shí)焦點(diǎn)的聚焦度和成像質(zhì)量。

阿貢給喬治留下比較深印象的是這家實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行方式：“阿貢實(shí)驗(yàn)室的科研方向比較多，有物理、生物、計(jì)算機(jī)、材料等方向，交叉氛圍濃厚，相互之間的合作特別多，經(jīng)常有各種報(bào)告，郵箱里幾乎每天都會收到報(bào)告會的通知。實(shí)驗(yàn)室的整體規(guī)劃特別清晰，建新的線站前一定會考慮周全，這個(gè)線站要去關(guān)注、解決什么科學(xué)問題，即以明確的科學(xué)問題為導(dǎo)向來引導(dǎo)工程建設(shè)，不是為建而建，這點(diǎn)對我們會有一些借鑒意義。”令喬治印象深刻的還有阿貢實(shí)驗(yàn)室的先導(dǎo)項(xiàng)目：這種項(xiàng)目的投入量不大，一般2萬～3萬美元，主要鼓勵青年科學(xué)家做更具探索性的工作，甚至是自己都不知道結(jié)果是什么的項(xiàng)目，也不求回報(bào)，完成后有一個(gè)結(jié)題說明就可以了。而一旦能做出一點(diǎn)名堂，就可以申請先導(dǎo)項(xiàng)目的后續(xù)資助，資助額會有十幾萬美金。

學(xué)成歸國，直奔上海硬X射線激光裝置

2018年4月，作為張江綜合性國家科學(xué)中心核心項(xiàng)目的上海硬X射線自由電子激光裝置正式開建，正在帝國理工大學(xué)的喬治在第一時(shí)間得到信息后備受鼓舞，此后他一直與上海科技大學(xué)等國內(nèi)相關(guān)團(tuán)隊(duì)保持聯(lián)系。事實(shí)上他也根據(jù)上海這一大科學(xué)裝置的特點(diǎn)，利用自己在國外接觸激光科學(xué)裝置的機(jī)會爭取多學(xué)習(xí)和接觸一些前沿，這也是他2019年在帝國理工的課題一結(jié)束就前往阿貢實(shí)驗(yàn)室再研學(xué)三年的部分原因。當(dāng)然還有一個(gè)因素是他的另一半（同在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室做博后研究，在同一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)從事成像研究的科研人員）一直鼓勵他學(xué)成后雙雙歸國。2022年9月他倆回到上海，用喬治的話說幾乎是離開機(jī)場就直奔張江上?？萍即髮W(xué)。

回來后的一年多時(shí)間里，先后又有十幾位來自世界各地的與激光裝置有關(guān)的青年才俊加盟上?？萍即髮W(xué)大科學(xué)中心。喬治說他們現(xiàn)在做的事，一是應(yīng)對工程建設(shè)提出的問題，從科研和工程準(zhǔn)備上做出調(diào)整，二是為2025年出光后的硬X射線自由電子激光裝置的各種科學(xué)用途做預(yù)研。那天在大科學(xué)中心的走廊里，對著硬X射線自由電子激光裝置的大型示意圖，喬治給我一一介紹，話語間掩藏不住渴望和興奮。

受他的感染，也因?yàn)榇罂茖W(xué)裝置科普茲事體大，我也在訪問時(shí)邀約他撰寫一篇科普文稿，就硬X射線自由電子激光裝置的功能用途、科學(xué)意義及國內(nèi)外進(jìn)展等給讀者做一次科普解讀，喬治幾乎沒有猶豫就答應(yīng)了。我也再次感受到我們星友對科普的重視和投入度越來越高，很欣慰！

希望在新的一年聽到更多好消息

從喬治入職上海科技大學(xué)到他這次成功入選2023年啟明星項(xiàng)目只有短短的幾個(gè)月，這一方面反映了主事者識人看題的“功力”，另一方面更是因?yàn)樯暾埲硕嗄甑目蒲袑?shí)力和積累。這里容我從上報(bào)材料中選取幾句話：申請人在X射線光學(xué)檢測、光束線波前和相干性的測量，以及高功率超短脈沖激光產(chǎn)生和測量領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。申請人前期在同步輻射裝置光束線診斷及超短脈沖測量方面已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，前期研究結(jié)果證明了本課題的可行性，為接下來針對上海軟/硬X射線自由電子激光裝置的束線實(shí)時(shí)單脈沖診斷的研究奠定了扎實(shí)的工作基礎(chǔ)。申請人近5年內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域以第一作者及通信作者在《光學(xué)》（Optica ）等期刊發(fā)表了8篇文章，并申請了1項(xiàng)美國專利。

目前，喬治夫婦倆住在學(xué)校提供的公租房，就在后灘地鐵站附近，環(huán)境很好，這個(gè)學(xué)校為年輕教師提供的公租房可以讓租用者過渡幾年。聊到眼下和未來的生活，喬治說：“我們倆興趣方向類似，茶余飯后也會聊到工作上的所思所想?！蔽覇柶鸷螘r(shí)當(dāng)爸爸的事，喬治呵呵一笑說正在考慮呢，剛回來事特別多，現(xiàn)在各方面稍稍安頓好了，確實(shí)也在考慮這件事了。和喬治握別時(shí)我說了一句：“希望在新的一年聽到你更多的好消息?！眴讨斡昧ξ樟宋瘴业氖郑依斫膺@是回應(yīng)我的話，很替他開心！

江世亮采寫于2024年1月6日