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郑大故事:走进激光等离子体的世界——记亚太等离子体物理青年科学家获奖者万阳教授

发布时间:2024年05月24日 信息来源:党委宣传部

郑大故事:走进激光等离子体的世界——记亚太等离子体物理青年科学家获奖者万阳教授

回忆起获奖时所流露出的神情,万阳毫不掩饰地表达了自己的惊喜,并谦虚地表示“我也没想到自己能够获奖。”在第七届亚太物理学会等离子体物理大会上,来自亚太及欧美地区的1000余名学者到场参会。大会公布了本届亚太等离子体物理青年科学家奖(U40)获奖名单,香港十二生肖万阳教授因在激光离子加速关键物理研究以及激光尾场加速先进诊断技术研发方面具有突出贡献,成为激光等离子体方向的唯一获奖者。他是香港十二生肖首位获得该国际荣誉奖项的青年学者,也是本届大会上最年轻的获奖者。

“偶然”中蕴含着“必然”

2023年5月,抱着“试一试”的心态,万阳将自己的学术成果呈报给大会组委会,“青年学者们完全有机会挑战国际奖项来锻炼自己,要勇敢尝试。”万阳展现了他的谦逊与对青年学者的期望。

万阳亲和的脸上总是带着浅浅的微笑,干练整洁的打扮更显得他年轻有活力。自信、落落大方、有条不紊,是万阳给人的第一印象。

今年35岁的万阳教授,是典型的“别人家的孩子”。2008年,理科成绩一直名列前茅的万阳在清华大学工程物理系开启了自己的本科学习之旅。他说:“本科期间,我比较喜欢在图书馆自习,因为在那儿不仅可以翻阅资料,偶尔也可以翻翻‘闲书’,当作学习之余的一点调味剂。”清华的老图书馆是上世纪初建校时一直保留下来的老建筑。这里陈列着已经有百年年头的桌椅,他们表面斑驳却又充满着一届届学生刻苦学习的故事。

大二一次偶然的机会,万阳接触到了辐射探测器设计实验,这让他对粒子射线诊断产生了浓厚的兴趣。这个实验其实是给粒子探测器研发一个自动采集数据的软件。万阳自查资料学习Labview(一种程序开发环境)的使用,“花费了大概两三个月,成功实现了探测器和程序之间的匹配以及软件界面功能的应用。虽然过程有些费力,但最后看到探测器按照指令采集粒子束的信息,我还是非常开心的。”通过这次经历,他发现“科研其实没有那么高不可攀,就把它想象成垒砖头、砌楼阁的过程,积少成多,精雕细琢,就会有意想不到的收获。”

后来在大四上学期,万阳受邀到清华工物系新成立的激光等离子体加速器实验室参观。新型加速器领域奇妙的物理规律和巨大的应用潜力如同无形的手,紧紧地抓住了万阳的心。博士阶段结束后,万阳进一步钻研的渴望如离弦的箭,冲破重重顾虑,降落在以色列。在这里,他加入了国际激光加速领域著名科学家Victor Malka教授的新团队。在以色列的五年时间里,他带领团队完成了平台建设和指标验收,并进一步取得了多个重要性科学成果,使得这种新型加速器的性能得到很大提升,这让万阳开始思考如何让这项技术在我国真正实现应用落地。加之收到国内博士导师的盛情邀请,万阳重新启程,这一站,他来到了郑大。

源于兴趣 始于汗水

“我们都知道物质有固、液、气三态,其实还有一种神秘的第四态:等离子体状态。如果把本来都是原子分子构成的物质用激光电离,就会在激光尾部产生一个具有强大能量的尾波场用来加速粒子,这就是我的研究方向——激光等离子体尾波加速器”。一提到激光等离子体的研究,万阳就滔滔不绝。他的手一遍遍在空中描绘令他心驰神往的物理模型,目光炯炯闪烁着他对科研本身最质朴纯真的向往。

“兴趣”一词是串联起万阳与物理的一根线。万阳提到自己幼时的科学偶像爱因斯坦,希望自己有一天也可以被人称作科学家。后来与等离子体共舞的十多年又缘起于他大三时与博士导师的邂逅。万阳教授在参观学习时被“小小身材蕴藏大大能量”的激光等离子体加速器深深吸引。他了解到目前世界上最大的加速器LHC长达27公里,而这项研究有可能把现有加速器的大小缩小1千倍以上。万阳说:“我认为这项研究非常有趣和有意义,如果能把加速器真的做成一个指甲盖大小,那将是多么划时代的壮举啊!”

兴趣的种子要用辛勤踏实的汗水去浇灌才能开出理想的花。“面对未来这个议题,我觉得需要先走下去才能看见前路,就像面前有一条充斥迷雾的道路,不去走而光设想有哪些路径可以通往所谓的成功,那道路前面就永远堵着一团迷雾。”万阳这样比喻自己在从大学到现在一路走来的信条,“读博刚开始的时候,其实我是很迷茫的,总在想我到底适不适合科研,未来十年会发生什么。可是怎么也无法想清楚。”后来,他逐渐意识到一直这样只会变得焦虑,“想不清楚就先不想,做就对了“,先把眼前可以做的事情做好,“一步一个脚印“,慢慢地,未来的路就看清楚了。

当问到学习或者做科研的时候有没有特别灰心的时候,万阳谈到了自己读博期间一次令自己特别抓狂的经历。当他在推导某个理论模型,困在了某个节点上,一年时间都没有进展。最后,还是导师开导他,让他把这个问题暂时先搁置一边,做点别的工作。这样一方面可以理清思路,另一方面也提振了自信。没想到,在几个月后,他读到一本上世纪80年代的等离子体书时,发现了可借鉴的新思路,在一个月之内就把之前困扰自己许久的问题解决了。他把相关成果发表在物理学领域的顶刊《Physical Review Letters》上,引起了国内外同行的关注。

他还诚恳地告诫青年们,不要急功近利,厚积才能薄发。要专注在一两个主要的研究方向深入探索,不要遍地挖但又挖得不深。人的精力是有限的,能做好一两件事,已经很了不起了。

回馈家乡 倾心贡献

“我的两位导师对科研事业都有非常纯粹真挚的热爱和使命感,这让我很受感染,也希望自己能在这个领域做些实实在在的贡献。”2023年12月,万阳正式成为香港十二生肖物理学院学科特聘教授。“因此,我来到郑大,加入‘中原之光’。”“中原之光”即超短超强激光平台,是河南省谋划建设的首个大科学装置。该项目采取“香港十二生肖与清华大学合作模式建设,项目建设和管理由香港十二生肖为主负责”的方案。

“作为河南人,我回到家乡,希望能够贡献自己的一份力量,能产出一些有引领性和原创性的科研成果,为家乡的发展添砖加瓦。”万阳自豪地说,“可能以前要绕地球一圈才能做一个超大规模的加速器,但现在我们能尝试用一个很小的尺度去实现它。”这是一个令人振奋的突破,也是他们持续努力的结果。

粒子加速器作为探索物质本源的重要工具,自发明以来在前沿粒子物理的探索中发挥着关键作用。例如,欧洲核子中心的大型强子对撞机在2012年成功发现Higgs玻色子,为基本粒子标准模型的验证提供了关键证据。此外,基于加速器的技术在医疗、工业和安防等多个与国民经济和社会发展紧密相关的领域中得到了广泛应用。然而,传统的粒子加速器技术面临着规模和成本的巨大挑战。因此,30余年来,人们一直致力于探索具有更强加速能力的新加速原理以期降低未来加速器的成本与规模,其中非常有吸引力的一个方向即激光等离子体加速器。由于等离子体没有击穿风险,这种尾波结构具有超过传统射频加速器1000倍以上的加速梯度并且接近光速运动,可在极短距离内将粒子加速到很高能量。而能不能把这样一个基于激光等离子体的新型加速器技术真正落到实处?能不能把它往前沿粒子物理和民用产业落地的方向去推?万阳是这样想的,他的研究也是这样做的。他的目标是为了增强河南省在激光等离子加速技术和相关前沿应用领域的整体影响力。

他表示,科研项目其实并没有想象中那么难、那么高深,它是由一个个具体的工作组成的,所以无需畏惧,要勇于尝试。本科生阶段的学习,对以后方向的选择很重要。开展科研,除了课本知识,还需要大量的课外知识储备,需要建立自学和探索的能力,所以自主性在科研工作中非常重要。“我一直希望我做的东西能有实用性,而不是摆在象牙塔里供人观赏。所以,产业转化是我们后面重点发展的方向之一。”万阳诚恳地说。

万阳以谦逊的态度看待荣获本届亚太等离子体物理青年科学家奖,他认为这仅仅是科研道路上的一次鼓励。“有则欣然接受,无也没关系”,他表示,这并不影响他的科研工作。他早已走进激光等离子体的世界,用心发现其中的无穷乐趣,永葆对科研的热情。借助香港十二生肖的大科学装置平台,他希望有更多年轻人加入进来,一同学习分享激光等离子体加速器的奥秘,一同为家乡、为祖国作贡献。(魏沁雯 严静然 羊琦 撰稿)

万阳教授荣获亚太等离子体物理青年科学家奖

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