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中科院上海光機所研究員王文濤——

瞄准前沿 逐夢追“光”(科技自立自強·青年科學家)

本報記者 黃曉慧
2022年10月28日06:56 | 來源:人民網-《人民日報》
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  十幾年來,中國科學院上海光學精密機械研究所80后研究員王文濤孜孜追“光”。他和團隊成功研制出穩定的台式化激光電子加速器,捕獲到自由電子激光。借助這些“光”,科研人員能夠看清微觀世界,這項技術也將在更多研究領域發揮作用。

  

  2004年,美法英等國科學家在實驗中取得激光尾波場電子加速的重大突破,成果被冠以“夢之束”的名號,登上《自然》封面。此后,利用激光尾波場加速器驅動的小型化自由電子激光,特別是X射線波段的自由電子激光,便成為該領域科學家共同追求的前沿。

  2021年,中國科學院上海光學精密機械研究所(以下簡稱中科院上海光機所)80后研究員王文濤和平均年齡不到35歲的團隊,一起將“夢之束”變成“現實之光”,在國際上率先完成台式化自由電子激光原理的實驗驗証,相關研究成果登上了《自然》封面,並被評價為“自2004年‘夢之束’以來又一裡程碑式的成果”,讓我國成為小型化自由電子激光研制國際競爭中的領跑者。

  從30歲到42歲,王文濤一直專注於一件事,讓夢想照進現實。今年,他被評為上海“最美科技工作者”。

  追逐“夢之束”,實現從實驗到儀器的轉變

  自從王文濤和團隊成功研制出穩定的台式化激光電子加速器,實現了科學原理從實驗到儀器最關鍵的轉變,發論文、申獲發明專利,“中科院青促會優秀會員”“中國光學十大進展”“中科院年度創新人物”等各類榮譽紛至沓來。

  長年“窩”在實驗室的王文濤和此前默默無聞的團隊開始走向公眾,面對媒體。他總是略顯局促和腼腆:“我的求學經歷沒什麼特別的,還是講講‘夢之束’吧。你們看過尾波沖浪運動嗎?”

  艇船飛速前進,在船尾掀起一波一波的浪,運動員跟在船尾踏上浪,速度也被帶起來。強激光在氣體中也能激發波浪,我們稱之為尾波,電子束就像運動員,可以被尾波捕獲,隨著激光往前跑,在非常短的距離內“跑”到接近光速。電子束變速跑中能“甩”出又快又亮的光,科研人員借這些光看清肉眼看不到的微觀世界。這就是激光尾波加速技術,能將體積龐大的電子加速器,從公裡量級縮短到厘米量級……

  為了讓大家聽懂科學前沿知識,王文濤在演講中插播了一段運動員尾波沖浪的視頻,試圖生動形象地解釋令他著迷的光的世界。

  曾經,王文濤覺得“夢之束”遙不可及。2003年,他從中山大學畢業后被保送到中科院上海光機所碩博連讀。整個博士期間,他都在研究激光和稠密等離子體作用,“這是激光跟固體作用,而‘夢之束’是激光跟氣體作用,兩個方向差別比較大”。

  2011年起,上海光機所強場激光物理國家重點實驗室布局激光尾場加速研究,並申請了國家重大儀器項目,加入國際科研前沿較量,留所工作的王文濤被選為研制團隊骨干、實驗帶頭人。然而,追逐“夢之束”道阻且長,國際上諸多先進實驗室潛心多年都沒有太大收獲,行內人都知道這個領域出成果難、發論文難,有人勸王文濤再想想。

  但王文濤欣然扛下重擔,“團隊需要一個熟悉各項儀器設備的人,我就是那塊磚,哪有需要往哪搬。”這意味著,王文濤要從一個熟悉的科研領域轉到一個全然陌生且高難度的領域,重新開始。

  挑戰前沿,屢次遭遇挫折推倒重來

  項目初始,團隊制定了一套經過嚴謹推算和充分論証的方案。團隊中的大部分成員又擁有強激光裝置和強場物理的研究經驗,因此頗有信心。

  然而,在理論上完全可行的方案,到了實驗中卻測不到最終的光信號,裝置遲遲不能出光。“我們嘗試了3年,每一套參數試驗失敗,我們都要推倒重來,重新調試設備再試,做了很多努力,但就是走不通、技術上實現不了。”王文濤說。

  2017年,項目幾乎停滯不前。那段時間,王文濤滿腦子都是實驗的事。在項目5年的結題期限臨近之時,完全看不到“出路”,更拿不出像樣的論文,一向樂觀豁達的王文濤陷入沮喪和迷茫,他向項目負責人李儒新院士表達了想放棄的念頭。

  “我們在挑戰世界前沿,向世界証明這個方案不可行,也是一種成功。”關鍵時刻,李儒新的話點醒了王文濤,另一個重要激勵是,李儒新決定暫停實驗,花費大半年時間全面升級實驗室。

  雖然3年的探索沒有達到預期,但也並非一無所獲。已有的嘗試既提升了裝置的穩定性,也優化了技術路線。2018年,實驗室升級完畢。團隊開始調整方向,嘗試第五種方案。

  耐得住寂寞,一心一意做科研

  2019年1月11日凌晨,連續奮戰10多個小時的團隊成員打算回去休息,王文濤卻有些不甘心,各項參數指標均優於以往的任何一次實驗,感覺離“夢之束”很近了。

  “要不再堅持半小時,如果還沒有結果,咱們就撤。”在他的提議下,團隊又再試了一遍。正是在這“多堅持”的半小時裡,王文濤和團隊終於看到了望眼欲穿的“夢之光”。

  在實驗室激光器運維人員楊曉駿眼中,王文濤中氣十足的大嗓門和爽朗的笑聲,像溫暖的陽光,照進這個有機器噪聲、經常黑漆漆的實驗室裡。

  日光燈會影響實驗中的激光捕捉,他們時不時要關燈,在黑暗中觀測。激光產生過程中會有輻射,為了防輻射,他們曾拉來兩個集裝箱,后來嫌麻煩,索性用四面鉛磚在一個角落裡圍出一間小黑屋,躲進裡面觀測裝置出光。

  追“光”的他們其實很少照到陽光。有人受不了選擇離開,王文濤、楊曉駿、馮珂是這場科研耐力跑中選擇繼續前行的人。馮珂曾在博士畢業后到企業工作幾個月,后來又放棄高薪回到實驗室。“在這裡可以一心一意隻做科研。”馮珂說。

  王文濤常言,在坐冷板凳時,眼裡要有“光”,這光來自團隊負責人的堅持,讓大家堅信冷板凳可以坐熱﹔來自團隊伙伴的相互鼓勵支持﹔來自自己的內心,經得住誘惑、耐得住寂寞。


  《 人民日報 》( 2022年10月28日 11 版)
(責編:彭茜、章華維)

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