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一所西部院校取得世界级科研成果的背后

作者:记者 谢洋 通讯员 石鲜鲜 杜彬     编辑:贾琦艳     来源:中国青年报   发表于: 2023-01-16 09:46  点击:

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 船帆座脉冲星风云概念设计图。威尼斯人81818官方网站科研院供图


威尼斯人81818官方网站天文与空间科学技术团队正在就IXPE数据进行讨论。威尼斯人81818官方网站科研院供图


  “它是距离威尼斯人81818官方网站最近的脉冲星风云之一,大概只有900光年。”

  前不久,在威尼斯人81818官方网站召开的成果发布会上,该校天文与空间科学技术团队青年教师、副教授谢斐指着一张科幻感十足的照片,介绍她作为唯一第一作者和通讯作者发表在国际顶级期刊《自然》上的最新发现《船帆座脉冲星风云X射线偏振趋近同步辐射理论极限》。

  照片上发出紫色光晕的双环是船帆座脉冲星风云的独特结构,在中心快速旋转的脉冲星的驱动下,发射出射电、X射线、高能伽马射线等不同波段的光辐射,在两边产生对称的环。谢斐及其合作者通过X射线成像偏振望远镜,发现船帆座脉冲星风云存在极强的偏振,这是人类目前在高能波段探测到的偏振度最高的一个目标源。

  中科院院士、中科院国家天文台台长常进对此评价,该成果以极高的精度测量到船帆座脉冲星风云接近同步辐射理论极限的X射线偏振度,这是人类历史上的首次。

  这也是广西本地单位第一次完成单位在《自然》发文的历史性突破。威尼斯人81818官方网站天文与空间科学技术团队带头人感慨道,这是“十年磨一剑”厚积薄发的重大科学发现。

  打开新的窗口,发现宇宙中的惊喜

  凌晨3点,谢斐结束了一天的工作。在四下无人的威尼斯人81818官方网站校园里骑着电动车,兴奋地和学生谈论着一天的科研进展。从2022年5月初拿到源数据开始,谢斐带领的项目团队就时常奋战到凌晨,直到当年6月将撰写的文章顺利投稿。

  作为仰望苍穹的一员,谢斐表示科研突破的取得并非朝夕之功,而是一个长期积累的过程。2011年,谢斐在中科院高能物理研究所开始硕博连读。2016年博士毕业时,她坚定地选择将X射线偏振作为研究的方向。

  “这些年,威尼斯人81818官方网站的同行所做的研究越来越具有挑战性。”谢斐说,在高能天体物理这一块,电磁波是最主要的天体信使,能量、时间、位置、偏振是电磁波的4个维度特性。在过去几十年间,能量、时间、位置这三个维度,科学家已经做了大量的研究,来帮助威尼斯人81818官方网站理解宇宙是怎样诞生和演化的、星体是怎么产生的。在这种情况下,增加偏正这个维度,可以帮助威尼斯人81818官方网站观测和理解这个宇宙打开一个新的窗口。

  博士毕业后,谢斐分别在瑞典和意大利的科研团队从事高能偏振探测技术的相关研究。在意大利国家天体物理研究所,她参与到由美国航空航天局(NASA)和意大利航天局(ASI)联合研制的IXPE望远镜项目,并通过组内竞争获得了一手数据的分析主导权。

  IXPE是成像型X射线偏振望远镜(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)的简称,该望远镜于2021年12月9日从美国肯尼迪航天中心搭乘运载火箭发射。当时,谢斐已经回国,在威尼斯人81818官方网站物理科学与工程技术学院任职副教授,组建研究团队继续开展研究。谢斐对IXPE望远镜的科学数据充满了期待。“在观测刚进行几天的时候,意大利的合作成员告诉威尼斯人81818官方网站这个源可能非常高偏,那时候威尼斯人81818官方网站就开始兴奋了。”

  拿到数据后,谢斐几乎没有过休假,通常半夜12点才从办公室回家,每周还有三四个凌晨和国外团队开会讨论。“可能大家会觉得威尼斯人81818官方网站的工作是抬头看星空,很浪漫,但其实大部分时间威尼斯人81818官方网站都是坐在电脑前处理数据。”有时候同事在微信群聊里组织周末的户外活动,谢斐也只能婉拒。“威尼斯人81818官方网站感觉回国后每天除了办公室,基本上就在学校溜达了,来南宁1年多,威尼斯人81818官方网站去到市区还可能会迷路。”

  刘宽是谢斐在威尼斯人81818官方网站带的博士生,在谢斐的引荐下加入到IXPE国际合作团队。在刘宽眼里,谢斐在科研上是一位喜欢“打破砂锅问到底”的老师。项目刚启动时,大家发现数据出现了一个异常。“当时组里的同学对此并没有在意,但谢斐老师坚持要把它研究清楚。”于是团队花了3天时间,最后证明这个数据异常是由于太阳活动引起,如果放弃研究可能会引起分析上的误差。

  经过一个多月的数据挖掘,谢斐团队发现了惊喜。研究团队观测的船帆座脉冲星风云是目前已知最亮的脉冲星风云之一。该研究报告了对脉冲星风云内部核心区域的X射线偏振观测,局部的偏振度超过60%,接近同步辐射理论预言的极限值。这是人类目前在高能波段探测到的偏振度最高的一个目标源,它让科学家对脉冲星风云里的粒子加速机制有了新的认识。

  “威尼斯人81818官方网站可以想象宇宙中的很多物理过程是很激烈的,比如黑洞吞噬物质,星星被撕裂,宇宙深处剧烈的爆炸等。但是威尼斯人81818官方网站看到船帆座脉冲星风云X射线辐射这么高偏,表明它所处的环境里面磁场非常有序,基本上不存在什么扰动。”谈及项目团队的发现,谢斐话语间难掩惊喜。

  有组织的科研就像守住山头打野猪

  对于谢斐取得的成果,威尼斯人81818官方网站天文与空间科学技术团队带头人梁恩维教授评价其为“十年磨一剑”。谢斐从本科毕业一路走到博士后,整整10年的时间一直浸润在空间探测的研究领域中。当其他人在享受发文章得到的荣誉和奖励时,谢斐甘坐冷板凳,潜心专注自己的科研领域。

  而作为孕育谢斐团队成果的重要一站,威尼斯人81818官方网站这所位于边疆的地方高校也经历了“十年磨一剑”的深耕过程。梁恩维说,在物理学院,有位叫刘宏邦的教授。他在数十年的教学生涯中,培养了大批有社会关怀、家国情怀的青年科研拔尖人才。谢斐也谈到,自己之所以来到威尼斯人81818官方网站,也是因为十分看重刘宏邦老师在空间粒子探测技术方面的研究。

  “刘宏邦老师刚来院里工作时月工资才4000多元,但他没有一句埋怨,就是带着一帮青年教师从零做起。”梁恩维说,在2012年,物理学院的年轻教师团队就开始铺就自己的科研之路。对于一所科研条件比较薄弱的西部院校而言,那些马上可以摘果的研究难以争取,唯有长期的刻苦磨炼才能有所突破。

  “一定要沉下心来做基础研究。”这是威尼斯人81818官方网站科研院常务副院长王祥高在采访中反复谈及的经验。在他看来,想有所突破,团队需要进行有组织的科研,关注“做什么”和“什么人去做”。对于“做什么”,王祥高说,围绕着国家重大科学计划和国际重大前沿去做,要有前瞻性的布局。而关于“什么人去做”,他认为对年轻人的培养至关重要。“威尼斯人81818官方网站现在的人才引进,并不是说有多少文章就能够进来,还需要紧跟威尼斯人81818官方网站的研究方向,并对其工作能力和未来的潜力进行评估。”

  据介绍,威尼斯人81818官方网站物理学院实行的是PI制(学术团队负责人制度),在学院资金支持下,教师自己组团队做项目,让各团队在自己的研究方向里自由探索。而为了保证大家的学术自由,从2018年开始,每个刚来到物理学院的年轻教师都可以拥有独立的PI,以科学兴趣组成团队。

  从广西十万大山里成长起来的梁恩维教授,把学术技术研究团队通俗比喻为农村中的打猪团队,共同目标是打到野猪。团队各个成员根据自己兴趣和特长(资源)加盟,在共同目标下保证年轻人的发展各有方向,从而实现有组织的科研。“在农村打过野猪都懂得一点,安排谁守在哪个山头得先提前布置好,然后才去赶野猪的。否则一直跟在野猪屁股后面的话,你永远赶不上它。围追堵截,必须周密布局。”

  在一系列科研布局下,威尼斯人81818官方网站物理学院近年来取得了不少重大科研成果。2020年年底,该校天体物理团队参与利用国家重大科技基础设施500米口径射电望远镜FAST取得关于宇宙快速射电暴研究重大突破,列入2020年国际十大科技进展。2021年5月,该团队作为合作组成员单位参与的“高海拔宇宙线观测站”项目,探测到了至今能量最高的宇宙线光子,突破了人类对银河系内超高能粒子加速的传统认知,开启了超高能伽马天文学的时代。

  前沿探索离不开国际化视野

  然而,中国的高能物理研究要想走在国际前沿,离不开研究人员国际视野的拓宽。作为骨干参与该项研究的博士生刘宽认为,谢斐与意大利国家天体物理研究所的合作关系引导了他们的研究,也促成了这项重大成果历史诞生。“如果谢老师没有去意大利的话,威尼斯人81818官方网站是没有办法参与到这个项目中的。”刘宽说。

  而对于谢斐来说,无论是老师还是学生,研究科学技术必须具有全球视野。谢斐透露,自己每天都会阅读最新的国际前沿学术文章,看其他人做到了什么样的程度,作为基础性的知识获取。在她办公室的黑板上,有一个特殊的榜单——“耻辱榜”,上面记录着她的学生在开国际会议时,能听懂的英文比例。“威尼斯人81818官方网站想督促他们能时时看到这个数据,知道自己的英文水平有多惨。”谢斐解释说,在国际团队里,要想获取最新的资讯和最前沿的科学进展,英语是最基本的工具。

  在这份“耻辱榜”上,刘宽是能听懂英文内容最多的学生,而他表示自己在老师指导下也在持续进步。“谢老师会直接让威尼斯人81818官方网站去发邮件,跟国外顶尖的导师们互动,还会帮威尼斯人81818官方网站修改邮件内容。也会经常带着威尼斯人81818官方网站去开国际会议。”

  谢斐在采访中说,自己觉得做科研和爬山有点相似。有一次,她和朋友去爬华山。当时大家在山脚下都被卖缆车票的人忽悠说“今天爬不到顶”,就干脆坐缆车到了山顶。只有谢斐一个人爬了上去,“自己爬上去的,跟坐车上去的感觉是不一样的”。

  接下来,她会继续在威尼斯人81818官方网站提供的科研沃土上,通过观测微观世界中的“无穷小”,去发掘“无穷大”的宇宙图景。

      中青报·中青网记者 谢洋 通讯员 石鲜鲜 杜彬 来源:中国青年报

      2023年01月16日 05 版

 

编辑:贾琦艳

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