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　　【走進(jìn)中科院蘭州分院】王猛：探秘原子世界

　　

　　

　　

　　王猛（前排中）所在的CSR精細(xì)核譜學(xué)組團(tuán)隊本版圖片由中科院蘭州分院提供

　　

　　王猛（右二）指導(dǎo)學(xué)生

　　

 

　　王猛（右二）參加國家原子質(zhì)量評估工作年會

　　

　　新甘肅·甘肅日報記者秦娜

　　

　　通訊員陳蘇潔金雨荔于靜劉曉程

　　

　　“氫、氦、鋰、鈹、硼，碳、氮、氧、氟、氖……”這是很多人都會背的“元素周期表”。自然界由元素組成，構(gòu)成元素的基本單位是原子，要認(rèn)清世界，就必須搞清楚原子的結(jié)構(gòu)。對原子來說，原子核是其最核心的部分，占整個原子質(zhì)量的99.9%以上，質(zhì)量是描述原子核最基本的參數(shù)之一。因此，原子核的質(zhì)量測量成為物理學(xué)研究中最基礎(chǔ)的工作。

　　

　　在中科院近代物理研究所，就有這樣一位科研人員，他“沉醉”于奇妙的原子世界，不斷探索原子世界的秘密，精準(zhǔn)測量原子核的質(zhì)量，為人類更清晰地認(rèn)知微觀和宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了可能。他就是王猛研究員。

　　

　　在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域堅守20余年，王猛所在的團(tuán)隊成功挑戰(zhàn)世界級物理學(xué)難題，制造出可以精準(zhǔn)測量短壽命原子核質(zhì)量等時性質(zhì)量譜儀，并測量了16個原子核的質(zhì)量，提高了20多個原子核的質(zhì)量精度。在王猛的努力下，國際原子核質(zhì)量評估中心成功落戶中科院近代物理研究所，中國原子核測量因此有了國際話語權(quán)，“原子核質(zhì)量中國說了算”更是被傳為佳話。

　　

　　1一腳踏入原子世界

　　

　　王猛，河南淇縣人，中科院近代物理研究所研究員，CSR精細(xì)核譜學(xué)組副組長，主要從事原子核質(zhì)量測量和評估工作。

　　

　　說起來蘭州工作，王猛開玩笑說：“我是被‘忽悠’來的。”1997年，在天津就讀南開大學(xué)物理系大三的王猛，開始面臨人生的一個選擇——到底去哪里讀研？

　　

　　在他迷茫的時候，中科院近代物理研究所的老師到南開大學(xué)招生，鼓勵他報考中科院近代物理研究所，并告訴他這里是中國核物理研究的中心之一。在老師的描繪中，王猛開始憧憬美好未來。就這樣，沖著中科院近代物理所的名氣，懷揣夢想的王猛來到了蘭州，從此與這座城市結(jié)下不解之緣。

　　

　　“來了才知道，老師真沒忽悠我！”回想20多年在蘭州的經(jīng)歷，王猛不禁感嘆。

　　

　　創(chuàng)建于1957年的中科院近代物理研究所，是一個依托重離子加速器大科學(xué)裝置，從事重離子物理基礎(chǔ)和重離子束應(yīng)用研究、相應(yīng)發(fā)展先進(jìn)粒子加速器及核技術(shù)的基地型研究所。研究所建所60多年，承擔(dān)建設(shè)了國家多項大科學(xué)工程及中科院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，取得了660多項科研成果，是在國際上有著重要影響的重離子科學(xué)研究中心。

　　

　　在王猛的眼里，這里簡直就是“中國核物理研究的圣地”。

　　

　　讀研至今，王猛一路干得順風(fēng)順?biāo)Ｕ缤趺退f：吾之有近物所，猶魚之有水也。他感覺自己來到近代物理研究所，就像一條魚終于找到了適合自己生存的那片水域，可以在自己喜愛的科研工作中恣意暢游。

　　

　　“我們近代物理所有一個秘密武器——重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL-CSR）。”王猛自豪地說，CSR是我國高科技領(lǐng)域的一項重大成果，是繼德國GSI之后的又一個大型國際性重離子冷卻儲存環(huán)裝置。借助這個秘密武器，王猛在原子世界里大展拳腳，并一步步實現(xiàn)著自己的夢想。

　　

　　2創(chuàng)新原子核質(zhì)量測量方法

　　

　　“在核物理領(lǐng)域，幾乎所有研究與應(yīng)用都與原子核質(zhì)量密切相關(guān)。”談起自己的工作，王猛滔滔不絕。

　　

　　原子核質(zhì)量是描述原子核最基本的參數(shù)。理論預(yù)言，自然界束縛的原子核有7000至8000種。經(jīng)過百余年的發(fā)展，人類已發(fā)現(xiàn)、合成并鑒別了約3200種原子核，目前約有2500種原子核的質(zhì)量得到了測量，剩下的5000多種還有待進(jìn)一步實驗測量。搞清楚這些待測量原子核的質(zhì)量，就是王猛和團(tuán)隊的主要工作。

　　

　　“自然界的很多未知領(lǐng)域，都可能在這里被發(fā)現(xiàn)或被重新定義。”王猛介紹說，“原子核質(zhì)量的測量，是人類繼續(xù)認(rèn)識自然和改造自然的起點。”一方面，高精度的原子核質(zhì)量數(shù)據(jù)不斷深化著人們對核結(jié)構(gòu)和基本對稱性的理解；另一方面，在核天體物理中，精確的原子核質(zhì)量是研究星體演化和元素合成過程理論模型的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)。因此，原子核質(zhì)量測量結(jié)果極大地促進(jìn)了人類對微觀和宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

　　

　　然而，原子核的測量并不那么容易，有人用“在一架空客A380上去分辨一個U盤的質(zhì)量”來形容它的精度和難度。

　　

　　“這個比喻很形象，原子核質(zhì)量測量確實很難。”王猛說，“比起我們?nèi)庋劭吹降奈镔|(zhì)，原子核實在太小、太輕、太快了。以我們新合成的核鈷51為例，2萬億億個鈷51還沒一粒小米重，而它的壽命卻只有100毫秒。所以，我們必須得找到一個精準(zhǔn)的‘秤’，并且在非常短的時間內(nèi)捕捉到原子核。”因此，王猛視“精準(zhǔn)”為原子核質(zhì)量測量的生命，在捕捉到原子核的同時要精準(zhǔn)地測出它們的質(zhì)量，搞清它們的結(jié)構(gòu)，最后還要接受國際同行的檢驗。

　　

　　在物理學(xué)界，曾經(jīng)最靈敏也最常用的“秤”是離子阱。包括美國、德國、芬蘭、加拿大等很多國家都用離子阱來測量原子核。然而，離子阱通常只能測量那些比較穩(wěn)定且壽命較長的原子核，對那些低產(chǎn)額、短壽命的原子核的測量則比較困難。而目前未知質(zhì)量的原子核主要就是后面這一類，它們位于遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的放射性核區(qū)，包括中重質(zhì)子滴線區(qū)、豐中子核區(qū)和超重核區(qū)。對這些未知原子核的質(zhì)量測量，成為物理學(xué)近30年來最大的挑戰(zhàn)之一。

　　

　　然而，王猛等人借助近代物理所的優(yōu)勢科研條件，找到了中國人破解這一難題的新辦法。他們利用蘭州重離子冷卻儲存環(huán)CSR，成功制造出了可以測量短壽命原子核質(zhì)量的“秤”——等時性質(zhì)量譜儀，其精確度可以達(dá)到10-7。等時性譜儀的原理是測量離子在儲存環(huán)中的循環(huán)周期，從中提取其質(zhì)量。離子的速度有分散，但在儲存環(huán)中運動的離子，磁鋼度較大的總是在較長的軌道上運行，而磁鋼度較小的運行軌道較短，通過環(huán)的特殊設(shè)置，對目標(biāo)離子可以使軌道長度的差異正好抵消速度上的差異，從而使其循環(huán)周期不依賴于速度大小。這樣，借助儲存環(huán)的等時性工作機(jī)制，就可以精確測量核質(zhì)量。

　　

　　借助這個精準(zhǔn)的測量工具，王猛和他的團(tuán)隊測量了16個原子核的質(zhì)量，提高了20多個原子核的質(zhì)量精度。2011年，NaturePhysics雜志還曾在“News&Views”欄目專門發(fā)表述評，對近代物理所在HIRFL-CSR上開展的原子核質(zhì)量測量成果給予了高度評價。

　　

　　3原子核質(zhì)量中國說了算

　　

　　相較于原子核的質(zhì)量測量，質(zhì)量評估則是一件更為基礎(chǔ)性的工作。“國際上從事原子核質(zhì)量測量的機(jī)構(gòu)有很多，大家有不同的測量手段，得出的結(jié)果可能也會不一樣，這就需要評估各種測量數(shù)據(jù)的結(jié)果。”王猛介紹說。

　　

　　2008年11月17日，對王猛來說是個難以忘懷的日子。時任近代物理所所長的肖國青研究員與法國原子質(zhì)量評估與原子質(zhì)量數(shù)據(jù)中心主任GeorgesAudi教授簽訂合作備忘錄，標(biāo)志著國際原子核質(zhì)量評估工作的重心從法國轉(zhuǎn)移到了中國。

　　

　　促成這項重要決議的“牽線人”，正是王猛。

　　

　　此前，在南京召開的一個小型國際研討會上，王猛遇到Audi教授。作為法國國家科學(xué)研究院（CNRS）核譜質(zhì)譜研究中心（CSNSM）的主任研究員，以及國際原子質(zhì)量數(shù)據(jù)中心（AMDC）的主任，Audi教授長期從事原子質(zhì)量評估工作（AME）。當(dāng)時，他正在世界各地尋找原子質(zhì)量中心的托管單位。

　　

　　在這個研討會上，王猛用英文報告了中科院近代物理所在原子質(zhì)量測量方面的工作成果。報告引起了Audi教授的密切關(guān)注，同時考慮到中科院近代物理所已經(jīng)開展的儲存環(huán)和彭寧離子阱質(zhì)量測量等方面的研究工作，Audi教授認(rèn)為近代物理所非常適合開展原子質(zhì)量評估工作。就這樣，雙方幾乎“一拍即合”，完成了國際原子質(zhì)量評估的“華麗轉(zhuǎn)身”。

　　

　　從此，王猛和他的團(tuán)隊新增了一項工作——原子質(zhì)量評估。

　　

　　一時間，“國際原子質(zhì)量評估中心移交中國”“原子核質(zhì)量中國說了算”等話題見諸各大媒體，王猛團(tuán)隊的這項工作成了社會各界關(guān)注的焦點。

　　

　　在王猛看來，原子核的質(zhì)量評估是一項非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳌?ldquo;質(zhì)量評估是一項最基礎(chǔ)的工作，相當(dāng)于編制‘字典’一類的工具書。我們的任務(wù)就是對各種測量數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，并把可靠數(shù)據(jù)匯總起來，為后續(xù)研究提供便利。”王猛介紹說，這項看似基礎(chǔ)性的工作卻有著“世界級”的學(xué)術(shù)價值，從學(xué)術(shù)積累的角度看，說它“功在當(dāng)代、利在千秋”也不過分，因為后人在研究這些原子核的時候，必須參考這些已有的研究數(shù)據(jù)。

　　

　　2017年，歷時近8年，由王猛牽頭編撰的《原子質(zhì)量評估2016》在《ChinesePhysicsC》上正式發(fā)布。這份報告共收錄實驗數(shù)據(jù)13035條，并從中挑選出可靠且精度較高的實驗數(shù)據(jù)5675條作為有效的輸入數(shù)據(jù)。經(jīng)過評估，推薦了基態(tài)原子質(zhì)量3435個，包括2497個原子核的實驗數(shù)據(jù)和938個外推質(zhì)量。

　　

　　這是中國人在國際原子質(zhì)量評估工作中提交的第一份重量級答卷。

　　

　　面對這份厚重的答卷，王猛卻很淡然。他說：“報告最直接的效應(yīng)是提升了《ChinesePhysicsC》這份中國期刊的國際影響力，出版至今被各類引用400多次。由于原子核質(zhì)量在原子核結(jié)構(gòu)、核天體物理及核能開發(fā)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，AME已經(jīng)成為核物理界引用頻率最高的科學(xué)數(shù)據(jù)。”

　　

　　2018年底，英國物理學(xué)會頒布“2018英國物理學(xué)會高被引中國作者獎”，這一獎項對2015-2017年在IOP期刊發(fā)表的所有論文進(jìn)行評選，對被引次數(shù)在所屬領(lǐng)域排名為前百分之一的論文通訊作者進(jìn)行表彰，王猛成功入選。

　　

　　在很多人看來，搞基礎(chǔ)研究不如應(yīng)用研究有顯示度?？稍谕趺涂磥?，基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，更要關(guān)注它的長遠(yuǎn)價值。他說：“我們做的是核物理領(lǐng)域最基礎(chǔ)的工作，看似和日常生活沒有直接聯(lián)系，但往往很多年以后才能看到它的實際用處。”

　　

　　求準(zhǔn)、求實。這是王猛一貫的科研態(tài)度，也是他的人生準(zhǔn)則。王猛常說：做基礎(chǔ)研究必須實事求是，追求極致，因為它很重要，不能出一點錯。“尤其在現(xiàn)在，我們擁有這么好的科研條件，理應(yīng)在年輕的時候踏踏實實做點事情。”王猛深有感觸地說，而這也一直激勵著他在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域不懈奮斗。