一所西部院校取得世界級(jí)科研成果的背后
“它是距離我們最近的脈沖星風(fēng)云之一,大概只有900光年?!?/p>
前不久,在廣西大學(xué)召開(kāi)的成果發(fā)布會(huì)上,該校天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)青年教師、副教授謝斐指著一張科幻感十足的照片,介紹她作為唯一第一作者和通訊作者發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》上的最新發(fā)現(xiàn)《船帆座脈沖星風(fēng)云X射線偏振趨近同步輻射理論極限》。
照片上發(fā)出紫色光暈的雙環(huán)是船帆座脈沖星風(fēng)云的獨(dú)特結(jié)構(gòu),在中心快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星的驅(qū)動(dòng)下,發(fā)射出射電、X射線、高能伽馬射線等不同波段的光輻射,在兩邊產(chǎn)生對(duì)稱的環(huán)。謝斐及其合作者通過(guò)X射線成像偏振望遠(yuǎn)鏡,發(fā)現(xiàn)船帆座脈沖星風(fēng)云存在極強(qiáng)的偏振,這是人類目前在高能波段探測(cè)到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源。
中科院院士、中科院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)對(duì)此評(píng)價(jià),該成果以極高的精度測(cè)量到船帆座脈沖星風(fēng)云接近同步輻射理論極限的X射線偏振度,這是人類歷史上的首次。
這也是廣西本地單位第一次完成單位在《自然》發(fā)文的歷史性突破。廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人感慨道,這是“十年磨一劍”厚積薄發(fā)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
打開(kāi)新的窗口,發(fā)現(xiàn)宇宙中的驚喜
凌晨3點(diǎn),謝斐結(jié)束了一天的工作。在四下無(wú)人的廣西大學(xué)校園里騎著電動(dòng)車,興奮地和學(xué)生談?wù)撝惶斓目蒲羞M(jìn)展。從2022年5月初拿到源數(shù)據(jù)開(kāi)始,謝斐帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就時(shí)常奮戰(zhàn)到凌晨,直到當(dāng)年6月將撰寫的文章順利投稿。
作為仰望蒼穹的一員,謝斐表示科研突破的取得并非朝夕之功,而是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。2011年,謝斐在中科院高能物理研究所開(kāi)始碩博連讀。2016年博士畢業(yè)時(shí),她堅(jiān)定地選擇將X射線偏振作為研究的方向。
“這些年,我的同行所做的研究越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性?!敝x斐說(shuō),在高能天體物理這一塊,電磁波是最主要的天體信使,能量、時(shí)間、位置、偏振是電磁波的4個(gè)維度特性。在過(guò)去幾十年間,能量、時(shí)間、位置這三個(gè)維度,科學(xué)家已經(jīng)做了大量的研究,來(lái)幫助我們理解宇宙是怎樣誕生和演化的、星體是怎么產(chǎn)生的。在這種情況下,增加偏正這個(gè)維度,可以幫助我們觀測(cè)和理解這個(gè)宇宙打開(kāi)一個(gè)新的窗口。
博士畢業(yè)后,謝斐分別在瑞典和意大利的科研團(tuán)隊(duì)從事高能偏振探測(cè)技術(shù)的相關(guān)研究。在意大利國(guó)家天體物理研究所,她參與到由美國(guó)航空航天局(NASA)和意大利航天局(ASI)聯(lián)合研制的IXPE望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目,并通過(guò)組內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)獲得了一手?jǐn)?shù)據(jù)的分析主導(dǎo)權(quán)。
IXPE是成像型X射線偏振望遠(yuǎn)鏡(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)的簡(jiǎn)稱,該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月9日從美國(guó)肯尼迪航天中心搭乘運(yùn)載火箭發(fā)射。當(dāng)時(shí),謝斐已經(jīng)回國(guó),在廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院任職副教授,組建研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開(kāi)展研究。謝斐對(duì)IXPE望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)數(shù)據(jù)充滿了期待?!霸谟^測(cè)剛進(jìn)行幾天的時(shí)候,意大利的合作成員告訴我這個(gè)源可能非常高偏,那時(shí)候我就開(kāi)始興奮了?!?/p>
拿到數(shù)據(jù)后,謝斐幾乎沒(méi)有過(guò)休假,通常半夜12點(diǎn)才從辦公室回家,每周還有三四個(gè)凌晨和國(guó)外團(tuán)隊(duì)開(kāi)會(huì)討論?!翱赡艽蠹視?huì)覺(jué)得我的工作是抬頭看星空,很浪漫,但其實(shí)大部分時(shí)間我們都是坐在電腦前處理數(shù)據(jù)?!庇袝r(shí)候同事在微信群聊里組織周末的戶外活動(dòng),謝斐也只能婉拒?!拔腋杏X(jué)回國(guó)后每天除了辦公室,基本上就在學(xué)校溜達(dá)了,來(lái)南寧1年多,我去到市區(qū)還可能會(huì)迷路。”
劉寬是謝斐在廣西大學(xué)帶的博士生,在謝斐的引薦下加入到IXPE國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)。在劉寬眼里,謝斐在科研上是一位喜歡“打破砂鍋問(wèn)到底”的老師。項(xiàng)目剛啟動(dòng)時(shí),大家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了一個(gè)異常?!爱?dāng)時(shí)組里的同學(xué)對(duì)此并沒(méi)有在意,但謝斐老師堅(jiān)持要把它研究清楚。”于是團(tuán)隊(duì)花了3天時(shí)間,最后證明這個(gè)數(shù)據(jù)異常是由于太陽(yáng)活動(dòng)引起,如果放棄研究可能會(huì)引起分析上的誤差。
經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的數(shù)據(jù)挖掘,謝斐團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了驚喜。研究團(tuán)隊(duì)觀測(cè)的船帆座脈沖星風(fēng)云是目前已知最亮的脈沖星風(fēng)云之一。該研究報(bào)告了對(duì)脈沖星風(fēng)云內(nèi)部核心區(qū)域的X射線偏振觀測(cè),局部的偏振度超過(guò)60%,接近同步輻射理論預(yù)言的極限值。這是人類目前在高能波段探測(cè)到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源,它讓科學(xué)家對(duì)脈沖星風(fēng)云里的粒子加速機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)。
“我們可以想象宇宙中的很多物理過(guò)程是很激烈的,比如黑洞吞噬物質(zhì),星星被撕裂,宇宙深處劇烈的爆炸等。但是我們看到船帆座脈沖星風(fēng)云X射線輻射這么高偏,表明它所處的環(huán)境里面磁場(chǎng)非常有序,基本上不存在什么擾動(dòng)?!闭劶绊?xiàng)目團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn),謝斐話語(yǔ)間難掩驚喜。
有組織的科研就像守住山頭打野豬
對(duì)于謝斐取得的成果,廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人梁恩維教授評(píng)價(jià)其為“十年磨一劍”。謝斐從本科畢業(yè)一路走到博士后,整整10年的時(shí)間一直浸潤(rùn)在空間探測(cè)的研究領(lǐng)域中。當(dāng)其他人在享受發(fā)文章得到的榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)時(shí),謝斐甘坐冷板凳,潛心專注自己的科研領(lǐng)域。
而作為孕育謝斐團(tuán)隊(duì)成果的重要一站,廣西大學(xué)這所位于邊疆的地方高校也經(jīng)歷了“十年磨一劍”的深耕過(guò)程。梁恩維說(shuō),在物理學(xué)院,有位叫劉宏邦的教授。他在數(shù)十年的教學(xué)生涯中,培養(yǎng)了大批有社會(huì)關(guān)懷、家國(guó)情懷的青年科研拔尖人才。謝斐也談到,自己之所以來(lái)到廣西大學(xué),也是因?yàn)槭挚粗貏⒑臧罾蠋熢诳臻g粒子探測(cè)技術(shù)方面的研究。
“劉宏邦老師剛來(lái)院里工作時(shí)月工資才4000多元,但他沒(méi)有一句埋怨,就是帶著一幫青年教師從零做起?!绷憾骶S說(shuō),在2012年,物理學(xué)院的年輕教師團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始鋪就自己的科研之路。對(duì)于一所科研條件比較薄弱的西部院校而言,那些馬上可以摘果的研究難以爭(zhēng)取,唯有長(zhǎng)期的刻苦磨煉才能有所突破。
“一定要沉下心來(lái)做基礎(chǔ)研究。”這是廣西大學(xué)科研院常務(wù)副院長(zhǎng)王祥高在采訪中反復(fù)談及的經(jīng)驗(yàn)。在他看來(lái),想有所突破,團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行有組織的科研,關(guān)注“做什么”和“什么人去做”。對(duì)于“做什么”,王祥高說(shuō),圍繞著國(guó)家重大科學(xué)計(jì)劃和國(guó)際重大前沿去做,要有前瞻性的布局。而關(guān)于“什么人去做”,他認(rèn)為對(duì)年輕人的培養(yǎng)至關(guān)重要。“我們現(xiàn)在的人才引進(jìn),并不是說(shuō)有多少文章就能夠進(jìn)來(lái),還需要緊跟我們的研究方向,并對(duì)其工作能力和未來(lái)的潛力進(jìn)行評(píng)估?!?/p>
據(jù)介紹,廣西大學(xué)物理學(xué)院實(shí)行的是PI制(學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人制度),在學(xué)院資金支持下,教師自己組團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目,讓各團(tuán)隊(duì)在自己的研究方向里自由探索。而為了保證大家的學(xué)術(shù)自由,從2018年開(kāi)始,每個(gè)剛來(lái)到物理學(xué)院的年輕教師都可以擁有獨(dú)立的PI,以科學(xué)興趣組成團(tuán)隊(duì)。
從廣西十萬(wàn)大山里成長(zhǎng)起來(lái)的梁恩維教授,把學(xué)術(shù)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)通俗比喻為農(nóng)村中的打豬團(tuán)隊(duì),共同目標(biāo)是打到野豬。團(tuán)隊(duì)各個(gè)成員根據(jù)自己興趣和特長(zhǎng)(資源)加盟,在共同目標(biāo)下保證年輕人的發(fā)展各有方向,從而實(shí)現(xiàn)有組織的科研?!霸谵r(nóng)村打過(guò)野豬都懂得一點(diǎn),安排誰(shuí)守在哪個(gè)山頭得先提前布置好,然后才去趕野豬的。否則一直跟在野豬屁股后面的話,你永遠(yuǎn)趕不上它。圍追堵截,必須周密布局。”
在一系列科研布局下,廣西大學(xué)物理學(xué)院近年來(lái)取得了不少重大科研成果。2020年年底,該校天體物理團(tuán)隊(duì)參與利用國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST取得關(guān)于宇宙快速射電暴研究重大突破,列入2020年國(guó)際十大科技進(jìn)展。2021年5月,該團(tuán)隊(duì)作為合作組成員單位參與的“高海拔宇宙線觀測(cè)站”項(xiàng)目,探測(cè)到了至今能量最高的宇宙線光子,突破了人類對(duì)銀河系內(nèi)超高能粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知,開(kāi)啟了超高能伽馬天文學(xué)的時(shí)代。
前沿探索離不開(kāi)國(guó)際化視野
然而,中國(guó)的高能物理研究要想走在國(guó)際前沿,離不開(kāi)研究人員國(guó)際視野的拓寬。作為骨干參與該項(xiàng)研究的博士生劉寬認(rèn)為,謝斐與意大利國(guó)家天體物理研究所的合作關(guān)系引導(dǎo)了他們的研究,也促成了這項(xiàng)重大成果歷史誕生?!叭绻x老師沒(méi)有去意大利的話,我們是沒(méi)有辦法參與到這個(gè)項(xiàng)目中的。”劉寬說(shuō)。
而對(duì)于謝斐來(lái)說(shuō),無(wú)論是老師還是學(xué)生,研究科學(xué)技術(shù)必須具有全球視野。謝斐透露,自己每天都會(huì)閱讀最新的國(guó)際前沿學(xué)術(shù)文章,看其他人做到了什么樣的程度,作為基礎(chǔ)性的知識(shí)獲取。在她辦公室的黑板上,有一個(gè)特殊的榜單——“恥辱榜”,上面記錄著她的學(xué)生在開(kāi)國(guó)際會(huì)議時(shí),能聽(tīng)懂的英文比例?!拔蚁攵酱偎麄兡軙r(shí)時(shí)看到這個(gè)數(shù)據(jù),知道自己的英文水平有多慘?!敝x斐解釋說(shuō),在國(guó)際團(tuán)隊(duì)里,要想獲取最新的資訊和最前沿的科學(xué)進(jìn)展,英語(yǔ)是最基本的工具。
在這份“恥辱榜”上,劉寬是能聽(tīng)懂英文內(nèi)容最多的學(xué)生,而他表示自己在老師指導(dǎo)下也在持續(xù)進(jìn)步。“謝老師會(huì)直接讓我去發(fā)郵件,跟國(guó)外頂尖的導(dǎo)師們互動(dòng),還會(huì)幫我修改郵件內(nèi)容。也會(huì)經(jīng)常帶著我們?nèi)ラ_(kāi)國(guó)際會(huì)議?!?/p>
謝斐在采訪中說(shuō),自己覺(jué)得做科研和爬山有點(diǎn)相似。有一次,她和朋友去爬華山。當(dāng)時(shí)大家在山腳下都被賣纜車票的人忽悠說(shuō)“今天爬不到頂”,就干脆坐纜車到了山頂。只有謝斐一個(gè)人爬了上去,“自己爬上去的,跟坐車上去的感覺(jué)是不一樣的”。
接下來(lái),她會(huì)繼續(xù)在廣西大學(xué)提供的科研沃土上,通過(guò)觀測(cè)微觀世界中的“無(wú)窮小”,去發(fā)掘“無(wú)窮大”的宇宙圖景。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 謝洋 通訊員 石鮮鮮 杜彬 來(lái)源:中國(guó)青年報(bào)
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