安心科研 踏實教學(xué)——記首都師范大學(xué)物理系教授紀安春

本刊記者 邵 華

安心科研 踏實教學(xué)
——記首都師范大學(xué)物理系教授紀安春

本刊記者 邵 華

《論語·雍也第六》里說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”興趣看似飄渺虛幻，但確實具有神奇的內(nèi)驅(qū)動作用，這一點在科學(xué)研究中是有例子可循的。

來自首都師范大學(xué)物理系的紀安春教授就是一位以興趣作科學(xué)研究原動力的科研工作者。大學(xué)里原本學(xué)自動化專業(yè)的他，因為對物理學(xué)的熱愛，畢業(yè)之后毅然報考了北京大學(xué)物理學(xué)院的碩士研究生，憑借著自身對知識的渴望以及導(dǎo)師的耐心輔導(dǎo)，他很快走上了物理研究的道路，在北大物理學(xué)院完成碩士及博士課程后，2007年，他又到中國科學(xué)院物理研究所繼續(xù)博士后的研究，2008年，紀安春到首都師范大學(xué)物理系任教，過上了科研教學(xué)兩不誤的生活，他說他希望將自己的學(xué)術(shù)體驗傳遞給學(xué)生，培養(yǎng)更多的有識青年。

努力探索未知世界

科學(xué)是探索未知，發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，艱苦的探索可能獲得重大的發(fā)現(xiàn)，也可能一無所獲。這就意味著從事科學(xué)研究的人，需要有一種默默無聞的精神，需要全身心的投入。

在中科院物理研究所，紀安春所在的小組在光與物質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域取得進展。他們發(fā)現(xiàn)光學(xué)微腔陣列可以有效地實現(xiàn)量子鐵磁相和反鐵磁相，并進一步預(yù)言存在一種新穎的超逆流凝聚相(Super－counter－fluidity phase)。這一研究成果已發(fā)表在2007年11月2日出版的《物理評論快報》（Physical Review Letters，99，183602 ，2007）上。相關(guān)研究得到中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委員會和科技部的支持。

此外，紀安春還與同事們一起設(shè)計了一個光學(xué)微腔陣列，每個微腔包含一個V型三能級原子。由于光子之間的強相互作用，橫向極化的光子之間會形成混合。通過調(diào)節(jié)偶極躍遷矩陣元以及不同光學(xué)微腔之間的躍遷幾率，這個體系可以有效地實現(xiàn)量子鐵磁相和反鐵磁相，同時他們進一步預(yù)言存在一種新穎的超逆流凝聚相，并詳細地研究了如何在實驗上觀測超逆流凝聚相。超逆流凝聚相可以應(yīng)用于設(shè)計新型的光學(xué)開關(guān)。這項新的研究工作有利于進一步認識光與物質(zhì)相互作用。

紀安春還對物理界“看不見摸不著”的原子十分感興趣。他表示，自從1995年實驗上成功地實現(xiàn)了超冷原子的玻色-愛因斯坦凝聚之后，冷原子物理立刻成為一個非常重要的研究熱點。其中有一個令大家非常感興趣的問題是：如何在實驗上來產(chǎn)生和觀測分數(shù)化的渦旋。針對這個基本的物理學(xué)問題，紀安春研究了F=1的23Na原子凝聚體的分立對稱和1/2量子渦漩的基態(tài)性質(zhì)以及他們的動力學(xué)過程，給出了如何在實驗上實現(xiàn)這種新奇拓撲激發(fā)的具體步驟，為實驗上實現(xiàn)這種拓撲激發(fā)提供了一條切實可行的路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在2008年P(guān)RL上。

最近幾年來，冷原子開始與腔量子電動力學(xué)的研究結(jié)合起來。特別是2005年，美國Kimble小組在Nature雜志上發(fā)表了光子阻塞效應(yīng)相關(guān)實驗，為凝聚態(tài)物理和量子信息的發(fā)展開辟了一個新的研究方向。2007年，紀安春研究了光子的多體強關(guān)聯(lián)效應(yīng)，預(yù)言在二維光子晶體帶隙微腔陣列中可以實現(xiàn)極化光子的自旋關(guān)聯(lián)，同時系統(tǒng)的基態(tài)可能是超逆流凝聚相；紀安春還和同事一起構(gòu)造了光子自旋梯子，它對將來構(gòu)造量子計算裝置是很有意義的。相關(guān)研究成果發(fā)表在2007年P(guān)RL上。

2008年，紀安春來到首都師范大學(xué)后，繼續(xù)在腔量子電動力學(xué)領(lǐng)域展開深入研究。他考慮了兩個微腔之間的弱耦合，實現(xiàn)光子的直流和交流Josephson效應(yīng)，從而可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的量子光學(xué)無法觀測到的相干效應(yīng)。這個工作發(fā)表在2009年的PRL上。此工作被Nature專刊Nature China作為重要進展做了介紹，指出：“這方面的進展將幫助科學(xué)家探索量子光學(xué)新的現(xiàn)象，并實現(xiàn)未來的量子器件”。

前不久，紀安春還申請了名為“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”的項目，他表示，若能獲得項目資助，他將在腔與冷原子相互作用展開深入研究。具體研究計劃是：

1．研究在一個微腔中裝入冷原子，并在其中加上遠失諧的光晶格，然后研究腔和原子的非線性耦合。紀安春和同事們發(fā)現(xiàn)冷原子體系可以打開一個能隙，這個非常類似于固體物理中的Pierls相變。同時，腔場會出現(xiàn)一個光學(xué)雙穩(wěn)定性。例如：如果考慮1D簡并費米子氣體與腔場的耦合，腔場可能會引起穩(wěn)態(tài)相變，即從自由費米子氣體到密度波金屬或者絕緣體轉(zhuǎn)變 。

2.研究當(dāng)把極性分子加入到腔里面，同時考慮它的旋轉(zhuǎn)，極性分子的旋轉(zhuǎn)基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)就是一個有效的二能級體系，這樣就可以同時考慮腔場和旋轉(zhuǎn)自由度以及極性分子的偶極相互作用的耦合，這個體系將會展現(xiàn)出非常豐富的物理內(nèi)容，這將為模擬量子力學(xué)以及實現(xiàn)量子操縱提供了一個非常有競爭力的方案。

3．研究1D簡并玻色氣體與腔場的耦合。該體系會出現(xiàn)光力學(xué)振蕩。目前，光力學(xué)耦合是物理學(xué)中一個非常重要的研究熱點，它對于高精密測量、引力波探測、量子計算以及量子力學(xué)基本概念的研究都具有重要研究價值。計劃研究1D簡并玻色氣體原子間的強相互作用對光力學(xué)到底會產(chǎn)生什么樣的影響。

4.1D相互作用的量子體系是典型的強關(guān)聯(lián)體系，其中自旋電荷分離是一個非常重要的現(xiàn)象。基于1D簡并玻色氣體與腔場耦合的光力學(xué)振蕩行為，可以非常方便的來研究上述強關(guān)聯(lián)行為。目前該研究已經(jīng)展開，并得到了一些有意義的初步結(jié)果。

熱心從事基礎(chǔ)教學(xué)

面對已經(jīng)取得的成績，紀安春從不居功自傲。除了繁忙的科研、教學(xué)和指導(dǎo)研究生之外，他把很大一部分精力花在了本科生的基礎(chǔ)課教學(xué)上。

自2008年到首都師范大學(xué)物理系任教以來，紀安春負責(zé)講授了《大學(xué)物理》、《電動力學(xué)》、《數(shù)學(xué)物理方法》、《量子統(tǒng)計》等課程。其中，《數(shù)學(xué)物理方法》和《電動力學(xué)》是主講課程。在教學(xué)中，他不斷探索和改進基礎(chǔ)理論課的教學(xué)方法，取得了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。為此，系里還專門請他上了兩次全系公開課，得到全系教師的肯定和好評。

對于培養(yǎng)學(xué)生，紀安春有他自己的看法。他表示，培養(yǎng)學(xué)生最重要的是傳授給他們科學(xué)的思維方式以及知識背后的東西。由于科學(xué)是舶來品，雖然經(jīng)歷了一百多年幾代人的努力，科學(xué)的思想仍然沒有能夠很好的融入我們的文化和生活。特別是眾所周知，我們的中小學(xué)教育向來偏重知識的被動傳授，而長期漠視科學(xué)思想、科學(xué)文化以及人文精神的培養(yǎng)。對于一個大國的崛起和民族的創(chuàng)新來說，后者才是根基所在，是孕育無限可能的土壤。紀安春表示，他自己在中學(xué)時代就特別厭學(xué)，對被動傳授的知識具有很強的抵觸情緒，更談不上對知識會產(chǎn)生多少興趣。老師向來只是強行要求學(xué)生機械地接受知識，把知識變成權(quán)威。同時學(xué)校、老師和家長聯(lián)合編織成一張恢天大網(wǎng)，把學(xué)習(xí)知識變得至高無上，變成升學(xué)乃至升官發(fā)財?shù)墓ぞ摺Ｖ劣诳茖W(xué)人文精神竟然似乎和我們的教育沒有一點關(guān)系。由于眾所周知的原因，目前的中小學(xué)教師有的迫于外界壓力無法自由向?qū)W生傳輸科學(xué)人文思想，有的自身科學(xué)人文素質(zhì)也有待提高。而師范類大學(xué)是直接培養(yǎng)中小學(xué)教師的搖籃，師范類大學(xué)生的學(xué)識、能力和人文科學(xué)精神境界的高低將直接決定著每一天千百萬個中小學(xué)課堂的教學(xué)成敗，同時也決定著這個民族的未來。紀安春強調(diào)，師范類大學(xué)首先要特別重視基礎(chǔ)課的教學(xué)，沒有基礎(chǔ)就沒有一切。其次，在基礎(chǔ)課的教學(xué)當(dāng)中，最重要的不是傳授知識的多少，而是要引導(dǎo)學(xué)生去體驗和感悟知識創(chuàng)造的過程，使學(xué)生在獲得知識的同時，融入科學(xué)的精神。

教學(xué)之外，紀安春還主持了1項國家自然科學(xué)基金面上項目，參加1項973計劃的子課題以及1項國家自然科學(xué)青年基金。2011年他擔(dān)任了第26屆國際低溫物理大會“量子氣體、流體和固體分會”地方委員會委員，以及理論物理北京市科研創(chuàng)新團隊成員。

一生不事張揚，在生活里不顯山不露水，只知默默耕耘，如一老農(nóng)，這就是我們眼中的紀安春——一個總說自己普通但卻不普通的大學(xué)老師！