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易滌凡依然記得，兩年前的冬夜，大西北有多冷。就在蘭州大學(xué)一間不大的控制室里，他與同伴們爆發(fā)出壓抑已久的歡呼。
“電腦屏幕上突然閃過(guò)一小段纖細(xì)的光，那是一條清晰、完整的離子徑跡?！鄙頌榇舜螌?shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人，這位中國(guó)科學(xué)院大學(xué)與廣西大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生瞬間意識(shí)到，他們帶來(lái)的那件“寶貝”起作用了！
2026年1月15日，這支平均年齡30歲的科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表重大成果，宣告人類(lèi)首次成功直接觀(guān)測(cè)到中子碰撞中的米格達(dá)爾效應(yīng)，在讀博士易滌凡是論文第一作者。87年前理論預(yù)言的量子現(xiàn)象，終于在一群中國(guó)年輕人手中，有了確鑿的實(shí)證。
論文截圖。
新華社第一時(shí)間對(duì)外發(fā)布報(bào)道。《光明日?qǐng)?bào)》稱(chēng)這一成果“彰顯了我國(guó)在高端探測(cè)器領(lǐng)域的自主研發(fā)能力，為全球暗物質(zhì)探測(cè)提供了全新技術(shù)路徑”。
從上百萬(wàn)次撞擊中確認(rèn)6張“照片”
大量天文觀(guān)測(cè)表明，暗物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)總量的85%?！皼](méi)有暗物質(zhì)，人類(lèi)就無(wú)法完整描述宇宙的運(yùn)行規(guī)律。但人類(lèi)只能通過(guò)引力效應(yīng)間接推斷其存在?！闭撐牡墓餐ㄐ抛髡?、廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)劉宏邦介紹，“暗物質(zhì)究竟是什么”，成為物理學(xué)界最核心的未解之謎之一。
按照質(zhì)量的不同，科學(xué)家把暗物質(zhì)分為輕、重兩類(lèi)。過(guò)去數(shù)十年，國(guó)際學(xué)界聚焦重暗物質(zhì)探測(cè)，盡管不斷提升探測(cè)器靈敏度，卻始終未取得確鑿發(fā)現(xiàn)。當(dāng)目光轉(zhuǎn)向輕暗物質(zhì)時(shí)，又面臨新的難題：這類(lèi)粒子與普通物質(zhì)相互作用極弱，產(chǎn)生的能量信號(hào)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)探測(cè)器的探測(cè)閾值，幾乎無(wú)從捕捉。
米格達(dá)爾效應(yīng)成為破局的關(guān)鍵。1939年，蘇聯(lián)物理學(xué)家米格達(dá)爾提出，當(dāng)粒子撞擊原子核引發(fā)反沖時(shí)，能產(chǎn)生“可觀(guān)測(cè)”的電子信號(hào)，讓探測(cè)輕暗物質(zhì)成為可能。
從此，世界各地的物理學(xué)家們不斷改良儀器與實(shí)驗(yàn)方法，執(zhí)著追尋這一關(guān)鍵撞擊的蹤跡，但一直未能收獲直接證據(jù)。
直到2023年，一支由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)主導(dǎo)、廣西大學(xué)等多單位聯(lián)合攻關(guān)的團(tuán)隊(duì)出現(xiàn)了。
他們決心啃下這塊“硬骨頭”，信心來(lái)自廣西大學(xué)成功研發(fā)的超靈敏的氣體像素探測(cè)器。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和物理分析組組長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉倩將其比喻為超精密的“原子級(jí)照相機(jī)”。
中子不帶電，且能直接撞擊原子核，是模擬暗物質(zhì)粒子相互作用的最佳“標(biāo)的”。擁有中子發(fā)生器的蘭州大學(xué)，成為實(shí)驗(yàn)的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。由于實(shí)驗(yàn)儀器排期緊張，為應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的意外，易滌凡和廣西大學(xué)青年教師封煥波帶上了所有能想到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，探測(cè)器部件、模塊、線(xiàn)纜、備件等裝了滿(mǎn)滿(mǎn)五大箱。
易滌凡和封煥波在調(diào)試實(shí)驗(yàn)設(shè)備。圖源受訪(fǎng)者
然而，蘭州的冬天給這兩個(gè)南方人來(lái)了個(gè)下馬威。實(shí)驗(yàn)要求他們?cè)诹阆率畮讛z氏度的實(shí)驗(yàn)室里安裝調(diào)試。探測(cè)器極為敏感，一次咳嗽或一次跺腳都可能造成數(shù)據(jù)偏差，因此需要長(zhǎng)時(shí)間調(diào)試?？諝庥掷溆指桑椒卫锵竦蹲右粯痈钊?。封煥波沒(méi)多久就發(fā)燒了，“只覺(jué)得呼吸都痛”。易滌凡也沒(méi)能幸免，患上了感冒。為了不耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，兩人硬扛著不適，和其他團(tuán)隊(duì)成員咬牙完成了全部設(shè)備調(diào)試。
實(shí)驗(yàn)24小時(shí)不停。團(tuán)隊(duì)師生排好班輪流在實(shí)驗(yàn)室值守，其余人則住在不遠(yuǎn)處。易滌凡作為項(xiàng)目核心成員，肩上的擔(dān)子更重。輪到他休息時(shí)，也總把手機(jī)音量調(diào)到最大，“晚上根本睡不踏實(shí)，最怕接到現(xiàn)場(chǎng)電話(huà)，說(shuō)實(shí)驗(yàn)出問(wèn)題”。
2023年12月首次實(shí)驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)又兩次趕赴蘭州，累計(jì)進(jìn)行了150小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，這組探測(cè)器“拍攝”到了上百萬(wàn)次撞擊事件。易滌凡和項(xiàng)目組的同學(xué)們，用自編的人工智能算法過(guò)濾掉了絕大多數(shù)干擾，再經(jīng)過(guò)重重篩選，最終確認(rèn)了6張“照片”，那是與理論預(yù)言完全一致的物理圖景。
探測(cè)器能從伽馬射線(xiàn)、宇宙射線(xiàn)等背景干擾中精準(zhǔn)識(shí)別目標(biāo)信號(hào)，這是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。令人意外的是，這個(gè)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的探測(cè)器，最初并非為觀(guān)測(cè)米格達(dá)爾效應(yīng)而制作。它的誕生，源于十幾年前一個(gè)看似“冷門(mén)”的研究方向——?jiǎng)倧闹袊?guó)科學(xué)院博士畢業(yè)并在廣西大學(xué)任教的劉宏邦，盯上了天體X射線(xiàn)偏振探測(cè)研究。
“沒(méi)有成熟技術(shù)可借鑒，只能自己摸索?！眲⒑臧罨貞?，相關(guān)研究需要制造極高靈敏度的氣體探測(cè)器，這在全世界都是一道難題。
2014年，當(dāng)時(shí)還在廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院讀本科的封煥波加入了這一項(xiàng)目，他從未接觸過(guò)科研，“一下碰到這么困難的項(xiàng)目，整個(gè)人有點(diǎn)懵”。
一切從零開(kāi)始。沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)空間，師生二人就自己設(shè)計(jì)布局、采購(gòu)基礎(chǔ)設(shè)備，把學(xué)院一間不大的教室親手改造成實(shí)驗(yàn)室。在這里，封煥波很快展現(xiàn)出自己的天賦——?jiǎng)邮帜芰?qiáng)，拆修設(shè)備、調(diào)試參數(shù)、搭建平臺(tái)，樣樣得心應(yīng)手，“就喜歡在實(shí)驗(yàn)室里叮叮當(dāng)當(dāng)，焊、裝、測(cè)”。
為了讓探測(cè)器達(dá)到國(guó)際頂尖標(biāo)準(zhǔn)，封煥波花了兩年鉆研各類(lèi)焊接技術(shù)，經(jīng)常一天只睡幾小時(shí)，幾乎什么焊法都試過(guò)，手上被電烙鐵燙出的疤痕結(jié)了又破，非要做出合格的探測(cè)器不可。用劉宏邦的話(huà)說(shuō)，“我們的核心探測(cè)器，幾乎是封煥波‘手搓’出來(lái)的”。
2017年，技術(shù)方案逐漸成熟，劉宏邦聯(lián)合多家單位成立宇宙X射線(xiàn)偏振探測(cè)合作組，開(kāi)啟系統(tǒng)性攻關(guān)。
研發(fā)中，合作組成員劉倩發(fā)現(xiàn)，探測(cè)器的高顆粒度二維成像能力恰好契合探測(cè)米格達(dá)爾效應(yīng)的核心需求?！坝^(guān)測(cè)米格達(dá)爾效應(yīng)同樣是世界級(jí)難題，當(dāng)時(shí)大家都很興奮?！眲⒑臧罨貞?。
探測(cè)器結(jié)構(gòu)與工作原理。圖源受訪(fǎng)者
很快，另一個(gè)合作組迅速組建。在項(xiàng)目探測(cè)組組長(zhǎng)劉宏邦的帶領(lǐng)下，廣西大學(xué)負(fù)責(zé)探測(cè)器的物理實(shí)現(xiàn)與測(cè)試，并主導(dǎo)其核心研發(fā)、測(cè)試及驗(yàn)證平臺(tái)搭建工作。其他合作單位有的主攻軟件算法和數(shù)據(jù)分析，有的承擔(dān)數(shù)字像素芯片設(shè)計(jì)，有的負(fù)責(zé)理論計(jì)算，有的提供關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)設(shè)備。沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目支持，這群來(lái)自天南海北的學(xué)者就“自帶干糧”做科研。
廣西大學(xué)副校長(zhǎng)、合作組成員梁恩維把這種模式稱(chēng)為“有組織的自由探索”：“自由是科學(xué)興趣的自由，有組織是在一個(gè)大的科研目標(biāo)下協(xié)作，兩者并不矛盾，反而能激發(fā)最大的創(chuàng)新活力。”
1月16日，廣西大學(xué)召開(kāi)米格達(dá)爾（Migdal）效應(yīng)探測(cè)技術(shù)研討會(huì)。廣西云-廣西日?qǐng)?bào)記者 顧醒航 攝
他介紹，廣西大學(xué)還推出了“芯火燎原計(jì)劃”，圍繞國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)課程，實(shí)行跨學(xué)院、跨學(xué)科、跨專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)，讓學(xué)生從本科階段就深度參與探測(cè)器研發(fā)、算法優(yōu)化等核心工作。依托該計(jì)劃，學(xué)校與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等單位聯(lián)合建立了人才培養(yǎng)基地。
這種“有組織的自由探索”，具有很強(qiáng)的吸引力。易滌凡在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)讀本科時(shí)，便對(duì)宇宙X射線(xiàn)偏振探測(cè)感興趣，參與過(guò)廣西大學(xué)的相關(guān)研究。攻讀博士學(xué)位時(shí)，他主動(dòng)申請(qǐng)到廣西大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，“在這個(gè)方向，廣西大學(xué)有最好的探測(cè)器和研究基礎(chǔ)”。
“我們把最優(yōu)秀的學(xué)生送到廣西大學(xué)做聯(lián)合培養(yǎng)，原因很簡(jiǎn)單，把最好的人才放在最好的平臺(tái)，才能產(chǎn)出最好的成果?！敝袊?guó)科學(xué)院大學(xué)副校長(zhǎng)、合作組總協(xié)調(diào)人鄭陽(yáng)恒說(shuō)。
在這群人眼里，探索宇宙的過(guò)程，本身就是一種極致的快樂(lè)。
“你要不覺(jué)得這個(gè)事情好玩，是堅(jiān)持不下來(lái)的。”鄭陽(yáng)恒說(shuō)。實(shí)際上，合作組經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，“對(duì)我們而言，失敗也有失敗的‘好玩’”。
團(tuán)隊(duì)在研制一個(gè)探測(cè)器時(shí)，因在熱循環(huán)測(cè)試中出現(xiàn)故障，導(dǎo)致發(fā)射計(jì)劃推遲，錯(cuò)過(guò)了觀(guān)測(cè)史上最亮的伽馬暴GRB 221009A的機(jī)會(huì)?！斑@是我拍大腿都覺(jué)得遺憾的事，”劉宏邦說(shuō)，但這次失敗也讓團(tuán)隊(duì)學(xué)會(huì)了更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ袒芾?，“每一步都要精益求精”?/span>
廣西大學(xué)自主研發(fā)的氣體探測(cè)器。圖源受訪(fǎng)者
易滌凡第二次赴蘭州前，團(tuán)隊(duì)臨時(shí)打造了面積擴(kuò)大十倍的升級(jí)版探測(cè)器，過(guò)程卻并不順利?！敖M件磨合不佳，各類(lèi)問(wèn)題接連涌現(xiàn)，整整一周都在現(xiàn)場(chǎng)排障、較勁。”他回憶，這款探測(cè)器最終因未達(dá)預(yù)期被廢棄，但排障積累的經(jīng)驗(yàn)格外寶貴。如今這款探測(cè)器已優(yōu)化完善、穩(wěn)定運(yùn)行，即將投入下一輪實(shí)驗(yàn)?！拔矣X(jué)得這就挺好玩的。”易滌凡笑著對(duì)記者說(shuō)。
“我們經(jīng)常說(shuō)‘玩一玩這個(gè)探測(cè)器’，或者‘這個(gè)新方法我們來(lái)玩一下’?！币诇旆步忉?zhuān)巴妗笔且环N樂(lè)觀(guān)的態(tài)度，更是對(duì)科學(xué)本身的純粹熱愛(ài)。
這個(gè)30人的合作組，大部分成員是來(lái)自不同院校的年輕人。他們給團(tuán)隊(duì)取了個(gè)響亮的名字——“Marvel”，并將其作為微信工作群名。該單詞既是某知名漫畫(huà)公司的名稱(chēng)，也有“奇跡”的含義?！?strong>我們希望打破那種科研高高在上的傳統(tǒng)觀(guān)念，渴求能觀(guān)測(cè)到量子力學(xué)上的‘奇跡’?！?/strong>易滌凡說(shuō)。
暗物質(zhì)是什么？仍不得而知。但毫無(wú)疑問(wèn)，人類(lèi)追尋它的“視力”，又變得清晰了一點(diǎn)點(diǎn)。那是物理規(guī)則在人類(lèi)好奇心的叩問(wèn)下，給出的一次微弱但清晰的回響。
易滌凡和封煥波在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試設(shè)備。廣西云-廣西日?qǐng)?bào)記者 顧醒航 攝
從小學(xué)起，易滌凡就總往圖書(shū)館跑，翻看天文相關(guān)的科普書(shū)籍，還非常喜歡科幻小說(shuō)《三體》。高考填報(bào)志愿時(shí)，他只選擇了三所學(xué)校的物理專(zhuān)業(yè)，“就是發(fā)自?xún)?nèi)心的熱愛(ài)，沒(méi)給自己留退路”。談及博士畢業(yè)之后的打算，他的回答很簡(jiǎn)單：“希望能做滿(mǎn)足自己好奇心的方向?！?/span>
類(lèi)似地，對(duì)物理的好奇心也改寫(xiě)了封煥波的人生軌跡。本科畢業(yè)時(shí)，他放棄了保研到名牌大學(xué)的機(jī)會(huì)，選擇留校攻讀碩士、博士學(xué)位，而后留校任教?！昂芏嗳苏f(shuō)我傻，但我自己知道，我是不想為了‘名校光環(huán)’而放棄感興趣的方向。”
“合作組里不少成員都是在校生，您覺(jué)得他們能被稱(chēng)為科學(xué)家嗎？”在廣西大學(xué)米格達(dá)爾（Migdal）效應(yīng)探測(cè)技術(shù)研討會(huì)上，記者問(wèn)鄭陽(yáng)恒?！爱?dāng)然！年輕人有比我們更強(qiáng)的創(chuàng)造力，我們也從他們身上學(xué)到不少東西?！编嶊?yáng)恒指著身后的年輕人，眼里滿(mǎn)是期許，“我們還會(huì)升級(jí)探測(cè)器，驗(yàn)證更多有趣的科學(xué)問(wèn)題。以后就靠他們了?！?/span>
他們的目光，始終望向星辰大海。
