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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

  翁红明在讲解电子运输理论。

  田春璐摄

  人物简介:

  翁红明,1977年出生,现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究,成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

  在中科院物理研究所(以下简称“物理所”)的年轻人里,研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年,他因在数学物理学领域的杰出贡献,获得第四届“科学探索奖”。

  在国际计算凝聚态物理研究领域,翁红明成果颇丰。其中最为人称道的,是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破,对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

  自由思考、厚积薄发,真正对人类文明有所贡献

  1928年,英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年,德国科学家赫尔曼·外尔指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷,却不具有质量,因而具有确定的手性(指一个物体不能与其镜像相重合,如我们的双手,左手与右手互成镜像,但不能重合)。

  但是80多年过去了,科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初,中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作,从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后,这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

  在研究过程中,翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发,并通过第一性原理计算,初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成,没有磁性,没有中心对称,是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

  翁红明说:“这一发现的难度在于,从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针,必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

  在外尔费米子被发现的一年后,翁红明和同事们又进一步“预言”:在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

  2017年6月,这个新预言被实验证实,三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后,在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破,引起国际物理学界广泛关注。

  成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历:“这无关荣誉,我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

  自由思考、厚积薄发,一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章,而是能攀登科学高峰,真正对人类文明有所贡献。

  科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

  作为理论物理学家,翁红明专攻量子材料的计算和设计。

  物理学通常分成两大类,即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”,“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

  在翁红明看来,他接连获得的几次重大发现,都离不开与同事们的通力合作。这,也是他做科研一直特别重视的一点。

  “理论预言、样品制备和实验观测,这三个环节缺一个都不行。”翁红明说,“在当今科学领域细分程度非常高的情况下,科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时,我们几个小组紧密合作,在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

  在许多人的想象中,理论物理学家的工作,就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演,然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

  但翁红明认为,计算推演的确要做,思考分析也不可少,但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展,然后分析、思考、计算,再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候,我的一些想法,或者说突然的一些灵感,其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

  “发现三重简并费米子”这一成果,就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

  物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉,不但因为咖啡好喝,也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见,聊着聊着,灵感经常“火花四射”。

  和大家一样,翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩;石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑,也会第一时间反馈给翁红明。

  “闲聊中就能交换信息,我们的交流是完全敞开的,毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

  翁红明告诉记者,在科研道路上,自己非常珍视的成功秘诀有两个,一个是注意总结和积累,另一个就是跟别人多交流。

  “目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究,其实也是基于这两点考虑,因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

  做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

  1977年,翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民,家里还有一个姐姐。

  初中开始,翁红明第一次接触到物理,从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

  兴趣是最好的老师。对物理的热爱,指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

  1996年,翁红明参加高考。在填报志愿时,他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终,他如愿被南京大学物理系录取。

  南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究,一学就是9年,直到博士毕业。毕业后,他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究,主要研究各种材料的导电性质。

  到日本一年半后,翁红明萌生了转换研究方向的想法。

  “我想要转到计算方法和程序的发展上,这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说,“如果想要在这个领域有长远发展,就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来,静下心来探索重要的基础科学问题,要比做一些“短平快”研究更有意义。

  想归想,但真正下定决心,翁红明也经过了一番纠结。

  他坦言:“当转到一个更基础的方向,也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备,去做一些积累性的工作。”

  2008年,翁红明的人生又有了一次重大转折。

  那一年,物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流,翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

  翁红明告诉记者:“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解,却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

  在方忠的影响下,2010年,翁红明决定回到国内,入职物理研究所,成为方忠团队的一名成员。

  翁红明说:“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈,但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发,我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

  在新的一年里,翁红明说自己有很多研究工作要做,尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破,促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这,需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

  翁红明相信,拓扑时代的黎明时分正在临近。(记者 吴月辉)

烟火深处的爷爷足球队******

  从“学校体育”发芽,因“终身体育”发展——

  烟火深处的爷爷足球队

  很难再有一个足球场如这般“螺蛳壳里做道场”。

  一块接近标准的5人制球场,长45米,宽22米,两个长边竖起铁丝网,一边挂着横幅“中国足球从我做起”,另一边用蓝色KT板顶棚延伸出狭窄的综合区:破旧的沙发和不成套的桌椅组成休息观战席;更衣室等同杂物间,想钻进去,得先拨开挂得密密麻麻的旧球衣借光,才能在足球和运动包的缝隙里找到落脚之地;休闲娱乐区最“宽敞”,塞着4张很难同时落座的麻将桌和观赛用的100寸电视;厨房“可以做几十人的饭菜”,还有一个洗澡间。平日训练,至少二三十人活动,若有比赛,容纳七八十人也是常态。

  可要找到这个“秘密基地”,得先穿过一个农贸市场,带着生鲜干果、蔬菜杂粮的人间烟火气,转角隐入绿茵场。一进门,球场宽边的白墙上4个红字显眼“老有所乐”,一排小字点明方位“昆明市茨坝老年活动中心”。

  “球队活跃的队员有70多人,五六十岁的居多,80岁以上的还有6名,年龄最大的88岁,是一支爷爷足球队。”66岁的孙滇云算得上队里的“中坚力量”,作为昆明一友足球俱乐部领队,他向中青报·中青网记者表示,这支中老年足球俱乐部有着40年历史,而这个球场是大家自筹9万元建的,“每周雷打不动的两次训练,这里已经成为老球员们的精神家园。”

  “我们是1982年成立的,当时昆明市第一中学毕业的学子踢足球的特别多,为了延续学校的足球文化,大家就商量成立一个俱乐部。”这个被命名为“一友”的俱乐部最初有4名创始人,当时20多岁的孙滇云是年龄最小的一个,而另外3位“老大哥”包括中国足坛名宿马克坚、前昆明市体工队队长高祖培、前昆明市足球办公室主任白云祥,“4个发起人,现在就剩我一个,其他都‘走’了。”

  学校的足球氛围,84岁的李崇智仍印象深刻,他是原云南省足球队球员、教练,球龄已有70年,而他的足球启蒙正始于校园,“1952年我进入昆一中,当时就被学校的体育氛围吸引。”他记得,学校有两个“最好、最标准”的足球场,篮球场也有10多个,“下午4点半下课,上千学生一撂课本就去球场了。”

  但这并非不重视学业,而是在当时,体育和文化课地位等高,“成绩好、品德好的学生才能去踢球。”李崇智表示,目前,俱乐部里80岁以上的成员中还有两人是他的同学,“我们都是昆一中的学生,也都是云南省第一批专业足球队员。”

  有了学校的基础,俱乐部很快发展到60多人,最初以昆一中毕业的学生为主,“来了不少中年人。”孙滇云记得,队伍成立不久,全国的中老年足球赛开启,为了参赛、壮大队伍,各行各业的人加入进来,“警察、医生、自主择业的、京剧团唱戏的……但大部分都有足球底子,很多人有过专业队经历。”1986年,30岁的孙滇云见证球队首次获得全国中老年足球赛冠军,“那时云南足球很少冒出头,我们就像卡塔尔世界杯的摩洛哥队一样,一匹黑马冲出去。”

  “老人们尤其坚信,只要有人上场,云南足球就不会倒。”孙滇云记忆里,球队似乎没有难以为继的时候,俱乐部里的很多人年少时便已相识,他们是校友、队友甚至是师生,发展到后来,加入了亲戚、同事、朋友,“我们圈子里大概有200多人,‘一友’也从‘一中校友’转变为‘一群好友’了。”

  8年前,球队结束了“漂泊”的日子,在距昆明市中心约15公里的茨坝街道拥有了固定球场,但球场地势较高,一到下雨天,天然草坪就暴露缺陷,上场的人都一腿泥,且日常维护费用也比较高昂,众人一商量,又自筹经费翻修了球场,“多的凑一两万元,少的凑千百元。”用国家级裁判、足球解说员陈晓昆的话说,“为了有个地方,能把大家和足球拴在一起。”

  “拴在一起”意味着要先跨越队员间年龄的代沟,再携手蹚过时间的河流,至少在这片小小的球场上,“孤独感”对每个年龄段的人都是一个陌生的词。

  无论场上场下,81岁的陈晓昆都十分自在,“训练后,大家分两桌做饭,我们老年人牙口不好,伙食既得讲求营养又要讲究火候。”他以牛肉举例,“一份做红烧,味道浓一点,给年轻人吃,一份做清汤,炖烂了,适合老队员。”而四五十岁还没退休的队员,通常忙不急吃饭,为了训练调的班,还得尽快补上。

  做过心脏搭桥手术的李崇智则因身体原因被“禁赛”,但训练时间一到,他就会出现在场边指导技战术,在这里,几十年从业经验凝结的218条“信条”依然鲜活,不会再囿于箱底的笔记本里,在足球的语境里,“当年训练,两毛钱买一包辣椒就饭吃”的古早经历,也有了更多懂得珍惜的听众。

  为了安全比赛,队内最早要求给70岁以上的队员佩戴绿色袖标,起到提示作用,但彼此熟悉后,“提示”就种在了心里,“我们球队有两条不成文的规定,一是不能抢老年人的球,只能封堵传球路线,二是不能和老年人有肢体冲撞,另外我会尽量把射门机会给他们。”40多岁的何庆伟是队里名副其实的年轻人,原本偶尔陪父亲来这儿踢球,在父亲离世后,他便正式成了球队一员,“前辈们脚下技术都非常过硬,基本功和对球的处理方式,有很多经验值得学习。最重要的是,他们发自内心的足球情结,感觉每周训练都在圆梦。”

  为了“圆梦”,陈晓昆有过一次教训。“比赛中,一个来球位置太好了,我没忍住就跳起来甩了一个头球。”他没料到,以前当运动员的习惯动作,结果造成了脑部出现淤血,从此以后,他遇到年纪大的队员就叮嘱:“高球来了,用肩、用胸,一定不要拿头顶球,得忍住。”毕竟,伤病的滋味,他永远记得,“年轻时就因为双膝内侧半月板破裂,我才退队。”如今,还能坚持在绿茵场上,他很珍惜,“比分和输赢已经不重要,能过球瘾,还能适当锻炼身体,这就是真正的快乐足球。”

  “我们需要的就是这样顽强生长的草根足球。”何庆伟认同这套足球哲学,“七八十岁,还能每周聚在一起,换换衣服,为自己一辈子的爱好上场,他们站在那儿就已经是非常了不起的成就。”心头一紧时,何庆伟会经常问自己,“今后到了他们的岁数,是不是还能坚持?”但看着眼前这些苍颜白发的足球“少年”,似乎又找不到给出否定答案的理由。

  中青报·中青网记者 梁璇 来源:中国青年报

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