在“反物質(zhì)”世界探秘的逐夢(mèng)者

吳彪

上世紀(jì)80年代，看似平靜的氣氛中，暗暗蘊(yùn)藏著變革的因子。一些不安于現(xiàn)狀的人，敏銳地捕捉到時(shí)代孕育的變革氣息。他們決定，為了理想遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)，到外面的世界闖蕩一回。1989年，21歲的馬余剛，剛從杭州大學(xué)畢業(yè)（現(xiàn)為浙江大學(xué)），為了自己鐘愛的核物理，他毅然搭上開往甘肅蘭州的綠皮火車，一路向西去到千里之外的中國科學(xué)院近代物理研究所，繼續(xù)他的學(xué)業(yè)。帶著親人的牽掛，離開山清水秀的南方，到達(dá)擁有漫長戈壁灘的西部，他未曾想過未來會(huì)是什么樣子。

27年后，當(dāng)年那個(gè)激情滿懷的年輕小伙子，已經(jīng)成長為中科院上海應(yīng)用物理研究所的副所長，在核物理領(lǐng)域已是領(lǐng)軍式的人物。從過去到現(xiàn)在，當(dāng)馬余剛與人聊起自己的職業(yè)時(shí)，別人總會(huì)誤認(rèn)為他是制造核武器的，遇到這種情況，他總是不厭其煩地解釋：“除了核武器，核物理還有最重要的部分，就是我們所從事的基礎(chǔ)研究部分。如果早年沒有核物理學(xué)家們對(duì)基礎(chǔ)理論的研究，當(dāng)年核武器是造不出來的。”

勤奮好學(xué) 年少獲殊榮

馬余剛的“出類拔萃”在年輕時(shí)就有跡可循。1985年高考，分?jǐn)?shù)超出重點(diǎn)線很多的他，輕松進(jìn)入杭州大學(xué)物理系。4年本科學(xué)習(xí)，每次考試都名列前茅，畢業(yè)時(shí)他被免試推薦進(jìn)入中科院近代物理研究所繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位，師從我國著名物理學(xué)家、中科院院士沈文慶老師。1991年，跟隨沈文慶老師從蘭州回到中科院上海應(yīng)用物理研究所的馬余剛沒有想到，3年后剛博士畢業(yè)的自己會(huì)被破格晉升為研究員，成為當(dāng)時(shí)全國最年輕的教授級(jí)專家。29歲那年，馬余剛獲得了國家杰出青年基金，在這個(gè)年紀(jì)獲得如此殊榮的人更是屈指可數(shù)。馬余剛感慨：“當(dāng)年，我是第三屆杰出青年，現(xiàn)在也算是老杰青了！”

談起26歲破格晉升為研究員的那份殊榮，他謙虛地說：“當(dāng)時(shí)正值我們國家核物理人才青黃不接的時(shí)候，年齡斷層非常厲害。大家發(fā)表的文章還不是很多，恰恰我在博士期間，以第一作者的身份在國際一流雜志上發(fā)表了一系列關(guān)于核反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和核液氣相變的文章。因此得到了沈文慶老師以及楊福家所長等的認(rèn)可，沒有前輩對(duì)我的信任，那份殊榮就不會(huì)屬于我。”

其實(shí)，在信息獲取相當(dāng)不便捷的年代，能有大量文章發(fā)表并非易事，這完全得益于馬余剛的勤奮。盡管當(dāng)時(shí)圖書館可供選擇的書不多，且大多不是原版，但馬余剛還是抓緊時(shí)間往圖書館跑。為了節(jié)省復(fù)印資料的錢，每次去他都會(huì)帶上筆記本，把有用的知識(shí)摘抄在本子上。有關(guān)物理的專業(yè)性雜志、書籍，他都會(huì)拿來仔細(xì)看、認(rèn)真想。盡管在《物理評(píng)論快報(bào)》上有關(guān)核物理的文章不一定每期都有，但他覺得，了解物理學(xué)其他分支學(xué)科的發(fā)展?fàn)顟B(tài)也非常重要。核物理的《物理評(píng)論C》，粒子物理的《物理評(píng)論D》他都會(huì)一篇篇看，甚至文章末尾出現(xiàn)的參考文獻(xiàn)，他都會(huì)找來仔細(xì)研讀，通常閱讀到很晚才睡覺。沈文慶老師曾說過：“馬余剛最大的特點(diǎn)就是刻苦，無論在蘭州，還是上海。許多人反映，小馬所在實(shí)驗(yàn)室的燈總是全所最晚關(guān)的。”

通過翻閱大量雜志，知識(shí)積累起來了，國際同行的最新動(dòng)態(tài)他也了如指掌，思路更加開闊了。“雖然那時(shí)信息技術(shù)不發(fā)達(dá)，但知識(shí)學(xué)得卻很扎實(shí)，后來很多研究都得益于那時(shí)學(xué)到的知識(shí)。”1999年，馬余剛發(fā)表在物理學(xué)頂級(jí)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上一篇名為“信息論在核液氣相變中的應(yīng)用”的文章，就是翻閱《物理評(píng)論D》中有關(guān)粒子物理的資料和信息論的資料受到啟發(fā)，著手開始研究的。他認(rèn)為知識(shí)是相通的，粒子物理的知識(shí)同樣可以拓展到核物理的研究上。做有關(guān)核反應(yīng)反應(yīng)截面的研究時(shí)，沈文慶老師當(dāng)時(shí)提出一個(gè)參數(shù)化的公式，馬余剛受到了啟發(fā)，開始考慮從微觀的角度去研究反應(yīng)截面。這涉及到在數(shù)據(jù)模型里怎么算穿透系數(shù)的問題，之前從來沒有人算過。關(guān)鍵時(shí)刻，儲(chǔ)備的知識(shí)派上了用場，最終馬余剛利用核子與核子的碰撞數(shù)解決了穿透系數(shù)的計(jì)算問題。不同方向間的相互借鑒，使原本深?yuàn)W的問題展現(xiàn)出未被人發(fā)現(xiàn)的簡單一面，馬余剛覺得這正是科研的樂趣所在。

全力投身科研 榮譽(yù)接踵而至

自1991年隨沈文慶老師回到上海應(yīng)用物理研究所后，除卻中間到法國崗城核與粒子物理實(shí)驗(yàn)室和美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)訪問的那段時(shí)間，馬余剛一直扎根在所里。工作單位沒變，但馬余剛的研究角度卻一直在變，一直在向縱深發(fā)展。隨之而來的，是一項(xiàng)項(xiàng)榮譽(yù)。

1995年，他被評(píng)為上海市十大“杰出青年”；1997年，被評(píng)為上海市“科技精英”；兩年后，獲中國科學(xué)院青年科學(xué)家獎(jiǎng)；2000年，馬余剛成為1999年度“百千萬人才工程”第一、二層次人選，并在這一年開始享受國務(wù)院特殊津貼；2004年，獲得“上海市優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才”稱號(hào)，同年獲得第五屆上海市自然科學(xué)牡丹獎(jiǎng)；2005年，他被評(píng)為上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人；時(shí)隔一年，又獲中國青年科技獎(jiǎng)；2007年至2010年度，被評(píng)為上海市先進(jìn)工作者。

除了幾乎每年的榮譽(yù)加身，他參與的科研項(xiàng)目也紛紛獲獎(jiǎng)。2001年，馬余剛作為第二完成人的“重離子核反應(yīng)的集體效應(yīng)和奇異核產(chǎn)生及其性質(zhì)研究”，獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)：2008年，馬余剛作為第一完成人的“中能重離子碰撞中的核液氣相變和同位旋相關(guān)的物理研究”，獲上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；2010年，“相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)上發(fā)現(xiàn)首個(gè)反超核粒子一反超氚核”，入選“中國科學(xué)十大進(jìn)展”；2014年，馬余剛作為第一完成人的“相對(duì)論重離子碰撞中的反物質(zhì)探測和夸克物質(zhì)的強(qiáng)子譜學(xué)與集體性質(zhì)研究”，獲上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；2015年，由于成功領(lǐng)導(dǎo)了sTAR-TOF的研制以及在反物質(zhì)探測的先驅(qū)性工作，他當(dāng)選為“美國物理學(xué)會(huì)會(huì)士”，并獲得“國際華人物理與天文學(xué)會(huì)一亞洲成就獎(jiǎng)”，同年“實(shí)現(xiàn)對(duì)反物質(zhì)問相互作用力的測量”入選“中國科學(xué)十大進(jìn)展”獎(jiǎng)。

2015年領(lǐng)取“中國科學(xué)十大進(jìn)展”獎(jiǎng)時(shí)的情景，馬余剛記憶猶新。他說：“去科技部領(lǐng)獲獎(jiǎng)證書，當(dāng)天坐早班機(jī)飛到北京，晚上又匆匆飛回上海，相當(dāng)于打了個(gè)‘飛的。”打“飛的”只為去領(lǐng)獎(jiǎng)的事情，放在忙得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)的馬余剛身上，足以證明他對(duì)獎(jiǎng)項(xiàng)的重視程度。在他看來，每個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的背后都是自己辛勤付出的結(jié)果，每一個(gè)都應(yīng)當(dāng)被珍惜。

RHIC-STAR助力獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)

2016年，分量最重的獎(jiǎng)項(xiàng)如期而至。在題為“重離子碰撞中的反物質(zhì)探測與夸克物質(zhì)的強(qiáng)子譜學(xué)與集體性質(zhì)研究”的項(xiàng)目中，馬余剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，用多年的努力與堅(jiān)持，換來了久違的國家自然科學(xué)獎(jiǎng)。“這是新世紀(jì)來高能核物理領(lǐng)域獲得的第一個(gè)國家獎(jiǎng)。”馬余剛難掩興奮地告訴記者：“自2007年中科院近代物理研究所在低能核物理領(lǐng)域獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)以后，將近十年的時(shí)間，整個(gè)核物理領(lǐng)域在國家獎(jiǎng)上的獲獎(jiǎng)狀態(tài)一直是空白。”十年磨一劍，這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)實(shí)至名歸！

“大爆炸宇宙論”認(rèn)為，宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年前一次大爆炸后形成，之后逐漸膨脹、演化、發(fā)展到了今天的物質(zhì)世界。理論上，在大爆炸后的幾個(gè)微秒，存在著一種新的物質(zhì)形態(tài)，即夸克一膠子等離子體（QGP），然而除了普通的物質(zhì)以外，人們一直未能觀測到QGP，因此尋找和理解QGP，探索正反物質(zhì)不對(duì)稱性的深刻機(jī)理成為現(xiàn)代物理學(xué)的基本問題。

此次的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，正是針對(duì)上述目標(biāo)開展的深入、系統(tǒng)的研究。在研究過程中，作為STAR-中國組召集人，馬余剛領(lǐng)導(dǎo)課題組與RHIC-STAR國際合作組其他中、外方科學(xué)家開展了緊密合作，并取得了一系列原創(chuàng)性成果，為揭開宇宙的深刻機(jī)理做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

為提升STAR探測器的粒子分辨能力和開展卓越的物理研究，項(xiàng)目組成功研制出運(yùn)行在重離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的基于MRPC技術(shù)的大型飛行時(shí)間譜儀，極大提高了STAR探測器的粒子鑒別能力和物理能力。美國合作方曾對(duì)此表示了高度贊揚(yáng)：“這是中美科學(xué)合作的一個(gè)成功典范。”另外項(xiàng)目組在上億次金核對(duì)撞的海量數(shù)據(jù)中，通過重構(gòu)反氦3和π介子的不變質(zhì)量譜，探測到首個(gè)反物質(zhì)超核的證據(jù)“反超氚核”，相關(guān)論文發(fā)表在美國《科學(xué)》（Science）雜志上，這是RHIC運(yùn)行10年以來第一篇發(fā)表在Science上的論文。接著，馬余剛項(xiàng)目組進(jìn)一步尋找更重的反物質(zhì)原子核，并成功探測到氦4核的反物質(zhì)粒子一反氦4核，它是迄今為止所能探測到的最重的反物質(zhì)原子核，該研究成果發(fā)表在英國《自然》（Nature）雜志上，成為RHIC運(yùn)行11年以來第一篇發(fā)表在Nature上的論文。除此之外，項(xiàng)目組還發(fā)展了鑒別高橫向動(dòng)量粒子的新方法，測量了粲夸克產(chǎn)生截面和強(qiáng)子產(chǎn)生的微分截面分布函數(shù)，通過對(duì)奇異強(qiáng)子核修正因子和集體性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)了RHIC產(chǎn)生的物質(zhì)已經(jīng)建立起了奇異夸克自由度的現(xiàn)象，給出了QGP新物質(zhì)形成的若干信號(hào)，為最終尋找到宇宙新物質(zhì)QGP給出了強(qiáng)烈的佐證。

馬余剛感慨：“能獲得這些新發(fā)現(xiàn)，與加入國際合作組織RHIC-STAR有密不可分的關(guān)系。”之前，我國雖然有加速器，但所有的加速器都只適用于中低能重離子核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，缺乏做高能重離子實(shí)驗(yàn)的大型硬件設(shè)備。另外，當(dāng)時(shí)高能核物理的研究工作主要偏向理論研究，亟待建設(shè)一支強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍。因此與國際組織開展合作，成為我國高能核物理發(fā)展突破重圍的迫切要求。幸運(yùn)的是，2001年RHIC-STAR被列入中美高能物理合作框架，國內(nèi)6家科研單位和高校構(gòu)成了STAR-中國組。此后國際上最重要的核物理研究大科學(xué)裝置，美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC），及在RHIC上運(yùn)行的國際上最先進(jìn)的螺旋徑跡探測器（STAR），為我國高能核物理研究提供了大型科學(xué)裝置的支持。大型科學(xué)裝置的助力，加之與國際優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)的合作，大大促進(jìn)了項(xiàng)目的獲獎(jiǎng)進(jìn)程。

進(jìn)軍核物理新領(lǐng)域 團(tuán)隊(duì)砥礪前進(jìn)

在馬余剛看來，加入國際組織，帶來的不僅僅是這些，更重要的是為他塑造了一支高水平的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。通過參加國際合作項(xiàng)目，學(xué)生要做的課題多了，老師也要經(jīng)常參加相關(guān)的研究，通過與國際先進(jìn)團(tuán)隊(duì)的接觸和對(duì)前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)一下子跨越到了國際水平。

馬余剛帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)人員雖不多，不到20人，但做的事情卻涉及到核物理的諸多重要方向。從早期的低、中能核物理漸漸深入到高能核物理，目前又做著向光核物理以及激光核物理拓展的準(zhǔn)備。

研究上的綜合交叉，使整個(gè)團(tuán)隊(duì)在看問題的時(shí)候，眼界更寬，思路更靈活。2006年，馬余剛指導(dǎo)學(xué)生做低能核反應(yīng)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，假如輕核是通過核子與核子合并起來的話，它的每核子橢圓流中存在著標(biāo)度性行為的規(guī)律。2016年國際高能核物理實(shí)驗(yàn)的菲尼克斯合作組數(shù)據(jù)驗(yàn)證了2006年馬余剛等提出來的這個(gè)規(guī)律。盡管高能和低能分屬兩個(gè)不同的層次，但在馬余剛團(tuán)隊(duì)眼中，很多物理現(xiàn)象都是相通的。在不同方向間相互借鑒，已成為這支團(tuán)隊(duì)解決問題的一個(gè)思路。遇到難題時(shí)，他們有足夠的信心實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)跨越。

“2016年獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)離不開這支優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)。”馬余剛感慨，“更離不開所有為項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)的人，感謝來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的陳宏芳老師，清華大學(xué)的程建平老師，華東師范大學(xué)的劉峰，還有我的學(xué)生陳金輝，感謝STAR-中國組的所有成員，感謝海外華人的助力，他們都為項(xiàng)目中的新發(fā)現(xiàn)做出了巨大的貢獻(xiàn)。”

除此之外，家人與師長的支持與付出，他更是銘記在心。當(dāng)年，家人大多極力反對(duì)馬余剛?cè)ゴ笪鞅鼻髮W(xué)的決定。“年輕人，想去就去，鍛煉一下總沒錯(cuò)。”父親的一句話，讓馬余剛?cè)ノ鞅钡挠?jì)劃得以成行。到蘭州后，他遇到了恩師沈文慶老師，正是在沈老師的帶領(lǐng)下，一步步成長起來，學(xué)會(huì)了怎么做科研，怎么做人，到現(xiàn)在沈老師仍默默關(guān)注著馬余剛的事業(yè)，總在他最需要的時(shí)候，給他支持和鼓勵(lì)。

如今馬余剛已培養(yǎng)出了近30位博士。作為老師，不管怎么忙，他都會(huì)抽出大量時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生做科研。他鼓勵(lì)學(xué)生勇于承擔(dān)研究重任，并放手讓他們自己去探索。他要求學(xué)生要有自己的想法，要努力實(shí)現(xiàn)突破；要有足夠的時(shí)間去投入，去關(guān)心國內(nèi)外同行的研究，去主動(dòng)吸收知識(shí)。他提醒學(xué)生要時(shí)刻保持對(duì)科研的興奮，他說即使現(xiàn)在自己已經(jīng)發(fā)表了很多文章，但是文章投出去之后，他還是會(huì)特別關(guān)注稿子的編輯進(jìn)度，很渴望得到審稿人的意見。他認(rèn)為只有保持這種興奮的狀態(tài)，才能培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的直覺和敏銳性。

他培養(yǎng)的學(xué)生中有1人獲得APSGEValley國際獎(jiǎng)，2人獲得中科院優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。馬余剛說：“看到學(xué)生獲獎(jiǎng)，比自己獲獎(jiǎng)還高興。”

未來，馬余剛已瞄準(zhǔn)核物理最前沿的方向，從光核物理向激光核物理拓展是他未來的目標(biāo)。接下來他要做的上海光源上的伽馬光建設(shè)項(xiàng)目，這是他向核物理新領(lǐng)域拓展前的熱身，也是一項(xiàng)開國內(nèi)先河的研究。比起因循守舊，他更愿意嘗試別人沒做過的事情。

在核物理研究中，會(huì)涉及到很多鏈條，每個(gè)鏈條都很重要。從反超氚的發(fā)現(xiàn)到反阿爾法的發(fā)現(xiàn)，從研究反物質(zhì)的形成機(jī)制到研究反物質(zhì)跟反物質(zhì)的相互作用，鏈條之間層層遞進(jìn)，又相互關(guān)聯(lián)，任何鏈條的缺失都會(huì)影響到宇宙謎題的最終開解。在新方向上的拓展，無疑是對(duì)缺失鏈條的深層尋找和修復(fù)，他愿承擔(dān)起尋找與修復(fù)的重任。

征途漫漫，馬余剛和他的團(tuán)隊(duì)必將砥礪前行，再攀高峰。