一所西部院校取得世界級科研成果的背后
“它是距離我們最近的脈沖星風(fēng)云之一,大概只有900光年。”
前不久,在廣西大學(xué)召開的成果發(fā)布會上,該校天文與空間科學(xué)技術(shù)團隊青年教師、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)表在國際頂級期刊《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)云的獨特結(jié)構(gòu),在中心快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星的驅(qū)動下,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)生對稱的環(huán)。謝斐及其合作者通過X射線成像偏振望遠(yuǎn)鏡,發(fā)現(xiàn)船帆座脈沖星風(fēng)云存在極強的偏振,這是人類目前在高能波段探測到的偏振度最高的一個目標(biāo)源。
中科院院士、中科院國家天文臺臺長常進(jìn)對此評價,該成果以極高的精度測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)團隊帶頭人感慨道,這是“十年磨一劍”厚積薄發(fā)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
打開新的窗口,發(fā)現(xiàn)宇宙中的驚喜
凌晨3點,謝斐結(jié)束了一天的工作。在四下無人的廣西大學(xué)校園里騎著電動車,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)開始,謝斐帶領(lǐng)的項目團隊就時常奮戰(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,而是一個長期積累的過程。2011年,謝斐在中科院高能物理研究所開始碩博連讀。2016年博士畢業(yè)時,她堅定地選擇將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越具有挑戰(zhàn)性?!敝x斐說,在高能天體物理這一塊,電磁波是最主要的天體信使,能量、時間、位置、偏振是電磁波的4個維度特性。在過去幾十年間,能量、時間、位置這三個維度,科學(xué)家已經(jīng)做了大量的研究,來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,增加偏正這個維度,可以幫助我們觀測和理解這個宇宙打開一個新的窗口。
博士畢業(yè)后,謝斐分別在瑞典和意大利的科研團隊從事高能偏振探測技術(shù)的相關(guān)研究。在意大利國家天體物理研究所,她參與到由美國航空航天局(NASA)和意大利航天局(ASI)聯(lián)合研制的IXPE望遠(yuǎn)鏡項目,并通過組內(nèi)競爭獲得了一手?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)的簡稱,該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月9日從美國肯尼迪航天中心搭乘運載火箭發(fā)射。當(dāng)時,謝斐已經(jīng)回國,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,組建研究團隊繼續(xù)開展研究。謝斐對IXPE望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)數(shù)據(jù)充滿了期待。“在觀測剛進(jìn)行幾天的時候,意大利的合作成員告訴我這個源可能非常高偏,那時候我就開始興奮了?!?/p>
拿到數(shù)據(jù)后,謝斐幾乎沒有過休假,通常半夜12點才從辦公室回家,每周還有三四個凌晨和國外團隊開會討論?!翱赡艽蠹視X得我的工作是抬頭看星空,很浪漫,但其實大部分時間我們都是坐在電腦前處理數(shù)據(jù)?!庇袝r候同事在微信群聊里組織周末的戶外活動,謝斐也只能婉拒?!拔腋杏X回國后每天除了辦公室,基本上就在學(xué)校溜達(dá)了,來南寧1年多,我去到市區(qū)還可能會迷路。”
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國際合作團隊。在劉寬眼里,謝斐在科研上是一位喜歡“打破砂鍋問到底”的老師。項目剛啟動時,大家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了一個異常?!爱?dāng)時組里的同學(xué)對此并沒有在意,但謝斐老師堅持要把它研究清楚?!庇谑菆F隊花了3天時間,最后證明這個數(shù)據(jù)異常是由于太陽活動引起,如果放棄研究可能會引起分析上的誤差。
經(jīng)過一個多月的數(shù)據(jù)挖掘,謝斐團隊發(fā)現(xiàn)了驚喜。研究團隊觀測的船帆座脈沖星風(fēng)云是目前已知最亮的脈沖星風(fēng)云之一。該研究報告了對脈沖星風(fēng)云內(nèi)部核心區(qū)域的X射線偏振觀測,局部的偏振度超過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到的偏振度最高的一個目標(biāo)源,它讓科學(xué)家對脈沖星風(fēng)云里的粒子加速機制有了新的認(rèn)識。
“我們可以想象宇宙中的很多物理過程是很激烈的,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)境里面磁場非常有序,基本上不存在什么擾動?!闭劶绊椖繄F隊的發(fā)現(xiàn),謝斐話語間難掩驚喜。
有組織的科研就像守住山頭打野豬
對于謝斐取得的成果,廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團隊帶頭人梁恩維教授評價其為“十年磨一劍”。謝斐從本科畢業(yè)一路走到博士后,整整10年的時間一直浸潤在空間探測的研究領(lǐng)域中。當(dāng)其他人在享受發(fā)文章得到的榮譽和獎勵時,謝斐甘坐冷板凳,潛心專注自己的科研領(lǐng)域。
而作為孕育謝斐團隊成果的重要一站,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”的深耕過程。梁恩維說,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)了大批有社會關(guān)懷、家國情懷的青年科研拔尖人才。謝斐也談到,自己之所以來到廣西大學(xué),也是因為十分看重劉宏邦老師在空間粒子探測技術(shù)方面的研究。
“劉宏邦老師剛來院里工作時月工資才4000多元,但他沒有一句埋怨,就是帶著一幫青年教師從零做起。”梁恩維說,在2012年,物理學(xué)院的年輕教師團隊就開始鋪就自己的科研之路。對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取,唯有長期的刻苦磨煉才能有所突破。
“一定要沉下心來做基礎(chǔ)研究?!边@是廣西大學(xué)科研院常務(wù)副院長王祥高在采訪中反復(fù)談及的經(jīng)驗。在他看來,想有所突破,團隊需要進(jìn)行有組織的科研,關(guān)注“做什么”和“什么人去做”。對于“做什么”,王祥高說,圍繞著國家重大科學(xué)計劃和國際重大前沿去做,要有前瞻性的布局。而關(guān)于“什么人去做”,他認(rèn)為對年輕人的培養(yǎng)至關(guān)重要?!拔覀儸F(xiàn)在的人才引進(jìn),并不是說有多少文章就能夠進(jìn)來,還需要緊跟我們的研究方向,并對其工作能力和未來的潛力進(jìn)行評估?!?/p>
據(jù)介紹,廣西大學(xué)物理學(xué)院實行的是PI制(學(xué)術(shù)團隊負(fù)責(zé)人制度),在學(xué)院資金支持下,教師自己組團隊做項目,讓各團隊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年開始,每個剛來到物理學(xué)院的年輕教師都可以擁有獨立的PI,以科學(xué)興趣組成團隊。
從廣西十萬大山里成長起來的梁恩維教授,把學(xué)術(shù)技術(shù)研究團隊通俗比喻為農(nóng)村中的打豬團隊,共同目標(biāo)是打到野豬。團隊各個成員根據(jù)自己興趣和特長(資源)加盟,在共同目標(biāo)下保證年輕人的發(fā)展各有方向,從而實現(xiàn)有組織的科研?!霸谵r(nóng)村打過野豬都懂得一點,安排誰守在哪個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?!?/p>
在一系列科研布局下,廣西大學(xué)物理學(xué)院近年來取得了不少重大科研成果。2020年年底,該校天體物理團隊參與利用國家重大科技基礎(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年國際十大科技進(jìn)展。2021年5月,該團隊作為合作組成員單位參與的“高海拔宇宙線觀測站”項目,探測到了至今能量最高的宇宙線光子,突破了人類對銀河系內(nèi)超高能粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知,開啟了超高能伽馬天文學(xué)的時代。
前沿探索離不開國際化視野
然而,中國的高能物理研究要想走在國際前沿,離不開研究人員國際視野的拓寬。作為骨干參與該項研究的博士生劉寬認(rèn)為,謝斐與意大利國家天體物理研究所的合作關(guān)系引導(dǎo)了他們的研究,也促成了這項重大成果歷史誕生?!叭绻x老師沒有去意大利的話,我們是沒有辦法參與到這個項目中的。”劉寬說。
而對于謝斐來說,無論是老師還是學(xué)生,研究科學(xué)技術(shù)必須具有全球視野。謝斐透露,自己每天都會閱讀最新的國際前沿學(xué)術(shù)文章,看其他人做到了什么樣的程度,作為基礎(chǔ)性的知識獲取。在她辦公室的黑板上,有一個特殊的榜單——“恥辱榜”,上面記錄著她的學(xué)生在開國際會議時,能聽懂的英文比例。“我想督促他們能時時看到這個數(shù)據(jù),知道自己的英文水平有多慘?!敝x斐解釋說,在國際團隊里,要想獲取最新的資訊和最前沿的科學(xué)進(jìn)展,英語是最基本的工具。
在這份“恥辱榜”上,劉寬是能聽懂英文內(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。“謝老師會直接讓我去發(fā)郵件,跟國外頂尖的導(dǎo)師們互動,還會幫我修改郵件內(nèi)容。也會經(jīng)常帶著我們?nèi)ラ_國際會議?!?/p>
謝斐在采訪中說,自己覺得做科研和爬山有點相似。有一次,她和朋友去爬華山。當(dāng)時大家在山腳下都被賣纜車票的人忽悠說“今天爬不到頂”,就干脆坐纜車到了山頂。只有謝斐一個人爬了上去,“自己爬上去的,跟坐車上去的感覺是不一樣的”。
接下來,她會繼續(xù)在廣西大學(xué)提供的科研沃土上,通過觀測微觀世界中的“無窮小”,去發(fā)掘“無窮大”的宇宙圖景。
中青報·中青網(wǎng)記者 謝洋 通訊員 石鮮鮮 杜彬 來源:中國青年報
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