十年追梦,上海科学家将“梦之束”转为“现实之光”
青年报·青春上海记者 刘晶晶
花10年时间苦钻一件事,你觉得值不值?“最美科技工作者”王文涛觉得值。这位中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室的研究员和团队一起,从零开始,甘坐冷板凳,只为追逐他们眼中的“光”。
10年奋战获得里程碑成果
我们是靠什么东西来认识这个世界的?望远镜可以让我们看到更遥远的太空,计算机可以让我们快速地完成复杂的工作,X射线可以让我们穿透人体或者物体的表面去拍摄内部,工具的运用极大地拓展了人类认知世界的边界。
而新的工具自由电子激光的出现,提供了一种全新的高亮度X射线,它具有超高的时空分辨,时间分辨可以达到飞秒量级,像原子分子这种微观的快速运动,它都可以拍得非常清楚,让我们更加清晰地认识这个世界最基本的运行规律,可以应用于各个学科领域。
但这类科学装置非常庞大,要让更多人在研究中可以使用,就好像智能手机那样,必须小型化,这也是大科学装置在未来可持续发展的必然趋势,这是关系到它能否迅速普及的一个重要标准。王文涛在做的就是这样一件事。
2004年,美、法、英等国科学家在实验中取得激光尾波场电子加速的重要突破,成果被冠以“梦之束”的名号。此后,利用激光尾波场加速器驱动的小型化自由电子激光,特别是X射线波段的自由电子激光,便成为该领域科学家共同追求的前沿。“研究一开始,我们就相当于同其他国家的团队开展了一场国际竞赛。”王文涛说。
作为上海光机所本土培养的“土博士”,王文涛2010年博士刚毕业,就响应实验室发展基于强激光的超高梯度电子加速技术的需求,研究方向转到了这一新兴领域,而这代表了一切要从零开始。在靶场摸爬滚打多年的他,非常乐观的面对这种改变,“我是一块砖,哪里需要往哪里搬”。
2018年,王文涛和团队成功研制了稳定台式化激光电子加速器,产生单能电子束的重复率为100%。这意味着《Nature》专刊“2020年远景”中预测的激光领域五大突破之一“台式化电子加速器”的实现,也标志着我国在台式化粒子加速领域实现了从实验到仪器最为关键的转变。
2021年,经历了十年的长期奋战后,王文涛和研究团队国际上首次实现基于激光电子加速器的极紫外波段自发辐射放大输出,对于小型化、低成本的X射线自由电子激光器的研制具有重大意义,被《Nature》和《Science》认为“该成果是激光尾波场领域自2004年‘梦之束’报道以来的又一里程碑式的成果”。
把冷板凳坐热为“追光”
选择一条全新的路,最大的困难是,你不知道这条路是对的还是错的,因为不管是理论还是实验都没有完全走通,你要在遭遇挫折的逆境中坚持下去。
自2011年来,王文涛和团队一直致力于激光加速电子束品质与稳定性的提升,期望在台式化自由电子激光的研究中率先实现突破。但这项研究,并不是一件容易的事情。2012年,实验室基于激光尾场加速申请了国家重大仪器项目,同美法德日等国展开研制台式化自由电子激光的竞争。
2013年,王文涛所在的团队,在两个大集装箱拼接起来的控制室里挂出了一幅标语:“加班奋战三百天,不见出光誓不还”,他们做好了长期艰苦奋战的准备,但没想到这场战役长达近3000天。
2015年初,王文涛的儿子出生了,当时正是项目的关键时期,他没有时间享受这种天伦之乐,陪伴儿子成长的时间寥寥无几。“我走娃未醒,我归娃已睡,这可能是中国众多科研人的宿命。”初为人父,感觉肩上又多了一份责任,这种责任感和对家庭的愧疚感,让他更加珍惜在实验室奋斗的每一分,每一秒。
2017年,项目遭受重大挫折,原有的设计方案在经历了三年尝试后,宣告失败,这意味着整个装置建设要推倒重来,对王文涛和整个项目团队造成了沉重打击。“那段时间充满了挫败感和对不能如期完成项目的焦虑。”这个时候项目负责人李儒新院士说:“向世界证明,这个方案不可行,也是一种成功。”最终,在整个项目团队的相互鼓励下,他们开始尝试第三种、第四种方案,最终在2019年12月31日将激光加速器得到的“梦之束”驱动产生了台式化自由电子激光的“现实之光”。
“执着、献身、攀高峰”的老一辈科学家的精神是王文涛努力的方向。“很多人的支持让我坚定自己做的是正确的事情,这个研究本来就是个“追光逐梦”的过程,我们在做这个事情的时候,眼里要有‘光’,这代表了希望。”王文涛说。
在他看来,科学家重要的是要有科学的“审美”,不要盲目追逐热点,扎扎实实把自己的研究做好、做透。基础科学是国家科技力量的基石,可能要花费数年、数十年的时间,才可能有所突破。获得成果前很可能要坐很久冷板凳。“我们的团队里没人计较个人得失,团结一致,这也是我们最后能取得突破的原因。”
王文涛是从32岁时开始“追光”的,团队35岁以下的年轻人的比例占到75%。“青年人是科学研究和创新的生力军。”他表示,青年科研人员应该在研究中,充分利用自己的优势,形成自己的特点,“木桶理论”不适用于科研领域,青年人应该成为团队或者研究领域的不可忽略的“长板”,这决定了团队的高度。
青年报·青春上海记者 刘晶晶
编辑:张红叶
来源:青春上海News—24小时青年报
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