马余刚:从金原子核相撞的50亿碎片中追寻反物质粒子,一刻也不懈怠

发布:2019-01-30 14:00:43  作者:许琦敏

  人物名片:
  马余刚,浙江余姚人,1985年至1989年就读于杭州大学(现浙江大学)物理学专业,1994年毕业于中国科学院上海原子核所(现中科院上海应用物理所)并获理学博士学位。现任中国科学院上海应用物理研究所副所长,研究员,博士生导师。美国物理学会会士(APS Fellow)。兼中国核物理学会副理事长,上海市物理学会副理事长,《Nuclear Science and Techniques》主编,《核技术》主编,《Chinese Physics Letters》《Chinese Physics C》《现代物理知识》《Nuclear Physics News》等编委、 RHIC-STAR国际合作组理事、上海核学会常务理事。2017年当选为中国科学院院士。
  主要从事重离子核物理实验与唯象研究。领导RHIC-STAR中国组研制完成了基于MRPC型的大型飞行时间谱仪,极大提升了STAR探测器的粒子鉴别能力;与合作者发现了首个反物质超核-反超氚核,发现了迄今最重的反物质原子核-反氦4,首次实现了对反物质相互作用的测量,以上成果两次入选“中国科学十大进展”;提出了原子核Zipf定律,测量了氩核的量热曲线并系统给出了氩核液气临界现象的实验证据;测量获得了22Mg的高激发态双质子发射的实验证据,提出了利用输运模型研究核反应总截面的新方法,提出了轻核α团簇结构的新探针等。
  先后主持国家自然科学基金杰出青年基金、科技部973计划项目、国家自然科学基金创新群体项目、国家自然科学基金重大国际合作项目、国家自然科学基金重点项目、中国科学院知识创新重要方向性项目、上海市优秀学科带头人计划、上海市科技发展基金重点项目等。曾获国家自然科学奖二等奖(两次),上海市自然科学奖一等奖、二等奖,中国科学院自然科学奖二等奖,全球华人物理与天文学会“亚洲成就奖”、中国青年科技奖、中国科学院青年科学家奖、入选“百千万人才工程”国家级人选、国务院政府特殊津贴专家,荣获上海市“十大杰出青年”、上海市科技精英、上海市自然科学牡丹奖、上海市领军人才、上海市先进工作者等荣誉称号。
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  创新感言
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  原子核物理是一门基础性和应用性都很强的学科,又关系到国防和民生,研究设备庞大且复杂,因此既要做好自主创新又要坚持国际大合作。核科学的特点决定了人才结构的多样性、人才成长的长周期性,今后我将更注重吸引优秀的青年人才投身“核”事业,把青年人才的培养放到重要位置,同时要让更多的民众理解“核”、支持“核”。
  2017年年初获得国家自然科学奖二等奖,年尾又增选为中国科学院院士,49岁这一年,可算是马余刚的收获之年。
  从儿时仰头望着泥球在空中相撞散裂开,到值守在美国重离子对撞机前,盯着金原子核撞裂后的50亿碎片被仪器捕获留下的条条闪亮的径迹,他感谢原子核物理,让心中那个好奇而顽皮的自己,有了一个长久安稳的家园。
  从1991年10月跟随导师、中国科学院院士沈文庆从兰州来到上海,马余刚一直沉浸在核物理的基础研究中,做学问,带学生,探索宇宙诞生时的那一声“初啼”。
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  17岁考上大学,26岁评上研究员
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  位于嘉罗公路上的中国科学院上海应用物理研究所,偏僻而安静,几十年的香樟树在宽阔的草坪上舒展身姿。走在这里,似乎特别容易放空杂念,让大脑专注思考一些玄而又玄的事情———比如,马余刚所从事的核物理基础前沿问题。
  笑起来酷似邻家大男孩的马余刚,其实在高中之前,都是一个调皮的“孩子王”,父亲在他6岁时就早早把他送进学校“收骨头”。学习不算拔尖的他,身上却有股韧劲儿。他的高中班主任程健鸣回忆,马余刚遇上难题,就会沉下心来进入“两耳不闻窗外事”的状态,直到探出个究竟才肯罢休。
  17岁考入杭州大学物理系,毕业时获得中国科学院近代物理研究所免推研究生资格,想去大西北看看,于是马余刚就跑去了兰州。在那里,他遇到了这辈子对他影响最大的人之一———著名实验核物理学家、中国科学院院士沈文庆。1990年,沈文庆调任中国科学院上海原子核研究所(现中国科学院上海应用物理研究所)副所长,马余刚也接受导师建议,来到了上海。
  在这个世外桃源般的所区,马余刚把心思都放在了科研上。攻读博士的三年,他一共在《物理评论》《物理评论快报》等国际权威刊物发表了七八篇论文。
  那个年代,国内学者很少在国际学术刊物发表论文,更何况还是领域内的顶尖刊物。没有电子邮件,审稿意见、稿件录用通知都是通过航空信件传递,论文发表周期相当长,可见作为一名博士生,马余刚有多么“高产”。
  因为学术成就突出,马余刚博士毕业留所工作不到一年,就破格晋升为研究员。这年,他只有26岁。
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  RHIC-STAR四篇顶级论文他占三篇
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  年少成名,给了马余刚更气定神闲的心态,去拓展自己的科研生涯。
  他的研究领域叫原子核相变,也就是原子核在被加热时,会产生从液体到气体的变化,就如同水受热汽化。可要加热原子核,却不像烧开水那么简单,而是要通过大型原子核加速器,让两个重的原子核,比如金原子核碰撞,在产生碎片的过程中,就可能观测到原子核液、气相变的过程。
  “我们对水的各种状态已经非常了解,可对原子核却不那么了解。”马余刚说,知道原子核的软硬程度,在不同密度、温度下会有怎样的状态,一直是物理学界很想弄明白的问题。
  从兰州的重离子加速器,到美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC),他同时从理论和实验入手,在原子碎片的世界中,探求着宇宙初创时的蛛丝马迹。
  2000年RHIC运行后,中国科学家组成团队很快就加入了围绕RHIC开展科学研究的大型国际合作组织STAR,马余刚成为主要负责人。当时,为了更好地分辨各种粒子,中国团队提出了研制精度更高的飞行时间探测器。2001那年圣诞节,欧美同行都忙着回家,马余刚却主动提出去RHIC值班。在这难得的两个星期里,他将这台令人震撼的大装置,仔仔细细看了一遍又一遍。
  RHIC设计的初衷是为了研究夸克—胶子等离子体态,可马余刚却另辟蹊径,从中寻找反物质粒子。从反超氚粒子、反阿尔法粒子、反物质相互作用,到夸克—胶子等离子体的整体极化,RHIC-STAR合作组总共在《自然》《科学》上发表了四篇论文,其中前三篇主要出自马余刚课题组。
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  吸引更多优秀年轻人投身“核”事业
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  从读博士起,马余刚就养成了泡图书馆看资料的习惯,把专业相近的杂志中的每篇论文都翻了个遍。有一次,他看到语言学中的Zipf率以及信息论的“信息熵”,突然灵光一闪,将这个概念转化用来描述原子核对撞之后产生的碎片的行为,最后形成了国际同行称道的原子核Zipf理论。1999年,他以独立作者的身份,在《物理评论快报》上发表了这篇论文。
  他说,自己最大的优点是有耐力、有毅力。“在做实验时,原子核对撞之后,各种粒子的数据源源不断涌来,同时又要检测探测器的实时运行情况,根本没有休息的时候。”马余刚回忆,自己曾经连续近30小时守在屏幕前盯数据、看探测器等运行情况,中间只用一两个小时打盹。
   “现在的年轻人很聪明,吸收知识能力也很强,如果多一点耐心、毅力,还有自控力,获得成功是大概率事件。”他说,其实RHIC-STAR另一篇近期发在《自然》上的论文,他早就想到了方向,并交代学生去做,只是学生一时松懈,没及时分析数据,就让合作组里的其他科学家抢发了。
  “在合作组内,都是来自全球的优秀科学家,数据又都是共享的,在只有第一、没有第二的基础科研领域,竞争自然十分激烈。”他说,做到一定程度,公布了自己的想法,别人也会认可并避开你的研究方向,所以在起跑线上站住脚,是年轻人必须要有的意识。
  与核电站、核医疗设备等应用领域相比,马余刚的课题组属于基础研究,并不那么引人注目。可他组里的人专业基础扎实、视野宽广,所以他培养的人才一直很受欢迎。这几年,随着民用核技术的发展,他的学生去公司、医院的不少,不过他还是希望有更多优秀年轻人能在基础领域,推进人类对宇宙的认识。
  (来源:文汇报(2017-12-19))