響應新時代的“強場”召喚

汲曉奇

“強場激光物理的發展確實是受到了‘慣性約束聚變研究的啟發”，吉亮亮談到自己的研究方向時說道。20世紀60年代，當慣性約束聚變（ICF）在我國剛剛起步時，錢學森院士就形象地指出：“你們的事業是在地球上人造一個小太陽！”在這面旗幟的指引下，一代代科研人進入了聚變的領域。隨著激光技術的發展，光的強度突破了聚變所需求的高度，一個以相對論為特性的激光等離子體物理新區域悄然顯現，并在過去的20多年間迅速發展，成長為與ICF并肩而立的強場物理新領域。

在ICF研究的號召下，吉亮亮來到了中國科學院上海光學精密機械研究所，但隨即被強場中極其豐富而驚奇的物理特性所吸引，立下決心投身于此。“試想一下，將太陽照射到地球的全部輻射凝聚成一根頭發絲大小，所有的物質將會被它瞬間電離，電子將瞬間達到相對論速度，這就是目前超強激光能夠產生的直觀效果。”在吉亮亮的介紹中，如此強烈激光創造的可能性超出人的想象。在紛繁復雜的激光等離子體物理叢林中，他的研究聚焦于兩個方面：其一，極端強場究竟能夠促進哪些新的物理發現；其二，超短超強激光是否能夠實現帶電粒子加速，將傳統加速器動輒千米的加速距離，縮短到厘米尺度。新的物理并非可以簡單窺得，激光加速器更面臨著千重挑戰，一如人類在聚變之道上的艱難險阻，但這就是吉亮亮選擇的研究之路。

見賢思齊科研路

見賢思齊焉。每當翻開書本，看到一個個以偉人名諱命名的公式、定理在內頁之間錯落林立時，吉亮亮總會油然而生一種欽慕之情。“心向往之，總想著哪一天自己也可以小有成績，像他們一樣為人類發展出一份力。”正是這樣的初衷，驅使著他踏上了漫長的求學之路。

2002年，吉亮亮就讀于中國科學技術大學物理系，初次邂逅等離子物理。經過4年的時間，他接觸到了激光等離子體物理方向，便立刻被這個充滿機遇和挑戰的年輕學科吸引。2006年，吉亮亮以優異的成績獲得研究生保送資格后，上海光學精密機械研究所（簡稱上海光機所）成為他一番深思考量后的選擇。“上海光機所在激光等離子物理研究上獨步國內，而我投到了沈百飛老師的門下。”

在導師的建議和指導下，吉亮亮從激光加速著手展開研究。超強激光可以在等離子體中激發極強的靜電場，其加速梯度比傳統加速器高4？5個量級，如果能夠實現，便可以將千米級的加速距離縮短到厘米尺度。毫無疑問，這是一種令人激動的新型加速原理，是突破現有加速技術的有力候選。“能夠趕上激光加速發展的契機，確實非常幸運”，吉亮亮在而后的研究中如魚得水，他提出的加速方案有效解決了激光加速重離子的難題，同時發展了一系列基于相對論等離子體光學的極端光場產生方法，以第一作者身份在國際知名期刊《物理評論快報》上發表了4篇文章，得到該領域學者的廣泛認可。這些成果使他獲得了包括了中國科學院院長特別獎、中國科學院優秀博士學位論文、Springer杰出論文獎、朱李月華優秀博士生獎、大恒光學獎學金特別獎、蔡詩東等離子體物理獎等多項學術榮譽。

短暫留所后，吉亮亮獲得德國“洪堡學者”基金資助，奔赴杜塞爾多夫大學理論物理研究所。他坦言，那里有一位享有國際盛譽、在粒子模擬領域具有開拓性貢獻的學者，因此他的德國之行是慕學者之名，期望見高山而有所得。兩年之后，洪堡之期至，回國發展本當順水而成，但臨近離開時吉亮亮卻因一項合作，受到俄亥俄州立大學高能量密度物理實驗室的邀請。“見高山亦得見四方”，機遇使然，促成了一位科研人向更遠的路途出發。

研究歷程中，吉亮亮在強場激光物理領域逐漸形成了自己的觀點。“超強飛秒激光可以在實驗室內創造前所未有的極端物理條件，這是一個連接基礎物理與應用物理的橋梁，向上可以對物質、真空的強場量子電動力學（QED）效應進行探索，向下則能開拓激光粒子加速的應用”。為了占領這一前沿陣地，全世界范圍內興起了10？100拍瓦級激光實驗裝置建設與規劃，如歐盟的ELI，俄羅斯的iZest，法國的Appolon，美國的Rochester等項目。彼時，與之相應的卻是理論認識上的相對匱乏，人們亟需了解，在更強的激光條件下，究竟有哪些新的物理、可以孕育哪些新的應用。

為了回答這些問題，他超前探索了比目前拍瓦激光產生的強度高100倍的峰值強度下光與物質的相互作用，發現了在新的強場QED區域，能量吸收通道、伽馬輻射與正負電子對產生等重要特征，給出了這些新效應開始顯現的關鍵閾值。這些結果的產生恰逢其時，為規劃、建造下一代超短超強激光裝置提供了很好的參考。

在此基礎上，他開拓性地研究了10？100拍瓦超強激光驅動的輻射反作用力效應，首次在模擬中發現了輻射反作用力引起的電子反常捕獲機制，第一次明確地揭示了強場QED效應在激光等離子體中的直觀顯現。由于該發現的新穎性與重要性，該工作入選了知名期刊Physical Review Letters的“編輯精選（Editorssuggestion）”欄目。近年來，隨著超強激光項目的逐漸推進，他的發現得到了國內外同行的大量跟進研究。

在基礎前沿陣地馳騁的同時，吉亮亮注意到強場激光物理在應用開拓上的困境。“目前，激光驅動固體靶研究正遭受較大挑戰，質子能量至今難以突破100兆電子伏特，這不但影響激光加速的應用前景，也非常不利于整個學科的社會預期。”為此，他以新穎靶材為突破點，首次提出將3D打印的微納結構引入強場激光物理的概念，對激光驅動產生的高能粒子、射線源進行增強、調控，并且成功實現在微米絲陣列靶、微米通道陣列靶上的高能電子加速。

吉亮亮常說，既然選擇了科學研究，就應該清楚地知道自己追求的是什么，不要因為社會環境壓力使初心有所改變。科研上的發現，是前行的源動力，也是人生最大的犒賞。

游歷有方 歸心不待

在第58屆等離子體物理年會上，美國物理學會（APS）邀請了世界各國的科研工作者與會交流探討。該年會被譽為等離子體物理領域內最大、最具權威的國際學術會議。在此次年會受邀行列之中，強場激光物理學科的中國學者僅有兩位，作為其中之一，吉亮亮在大會上就激光驅動微納結構等研究展開成果報告，提出諸多創新性設想，獲得同行的普遍關注。

當2016年國家“青年千人計劃”被提上日程，當各大高校、科研院所向大洋彼岸的海外學者拋出橄欖枝時，吉亮亮感覺時候到了，他毫不猶豫地收拾行裝，回到故土。“科研工作者是有祖國的，不論身在何處，我從未停止對國內動態的關注，為的是有朝一日回來能夠盡快融入。”吉亮亮坦言，國內科研確實存在一定不足，但這也意味著巨大的進步空間。“祖國的綜合國力、經濟水平的提升，也帶動了科學研究的發展。無論是經費投入、科研效率，還是媒體上追跑、并跑、領跑的宣傳，這種天翻地覆的變化是每個人看在眼里的。”國家實施的“青年千人”計劃，正是個人的科學追求與時代發展趨勢結合的重要平臺。國家的研究資源迅速增長是科研工作者所樂見的，當然，吉亮亮也認為，作為其中一員，應該冷靜思考，以科學規律指引研究資源的分配和使用。

重新踏入上海光學精密機械研究所，吉亮亮已經做好準備，用他自己的話說：這既是一種學術的傳承，更是一段新行程的開端。沒有隆重的就職儀式，入職之時，迎來的是項目開展的緊鑼密鼓。在國家“青年千人計劃”的支撐下，吉亮亮提出多個建設性構想。“上海的10拍瓦超強激光裝置近期即將完工，參數指標無疑將處于國際領先的地位。回到上海光機所，我認為也正是實現自己設想的好時機。”

在人類的科技發展長河中，事業必須有傳承，人才更是如此。“一味地追求短平快的論文發表，而忽視了研究生自身能力和素質的培養，這種浮躁萬萬不可取。我希望能盡自己最大的努力，讓所帶研究生能夠雕琢自身技能，潛心做學問，做具有原創性的工作而不隨波逐流，成為具有國際競爭力的人才。”

顧往而行 歷久彌新

回顧過往，德國之行，高山之上，吉亮亮見識到了大膽猜想的妙處。“合作導師長于理論與模擬，是一個少言的人，但他的每一句話都能切中要點，敏銳地指出問題關鍵。最妙的是，他從來不囿于當前實驗室所能提供的物理條件，常常鼓勵人‘異想天開，不必考慮研究結果是否可用于當下，因此課題組的工作往往大幅超前于現實。”美國的科研文化則有所不同，吉亮亮談到他在美國俄亥俄州立大學的經歷，“不論是德高望重的老教授，還是初出茅廬的本科生，均可以直呼其名自由討論，真正體會到科學面前人人平等的學術氛圍”。此外，美國課題組更多采取的是實用主義的態度，始終以實驗為主，理論模擬為輔。兩種不同的研究策略不可避免在吉亮亮的腦中碰撞、沖突。幸運的是，兩者最終達成了統一，使他對整個學科領域形成了自己的看法，也對未來的方向有了更深的理解，即強場激光物理是架在基礎前沿與應用開拓之間的橋梁，沒有現在的前沿探索，就不會有將來的應用開拓；反過來，應用的發展也一定是前沿研究最大的推動力。

但若論所受影響最為深刻，吉亮亮認為還是應當屬博士導師沈百飛的“啟蒙性”教導。“最開始做粒子加速時，我意外地發現許多與粒子加速無關的新奇現象，便去尋求沈老師的意見，看是否可以進一步研究下去。”他清楚地記得沈老師那番話，“做科學研究，項目是其次，也并不需要拘泥于一個方向，重要的還是在過程中發現有趣的物理。”這些話對于初出茅廬的吉亮亮而言格外受用，成為鼓勵他向著多方向開拓的理念動力。

立足當下，步步為營。“目前，基于極端強場新物理的研究已經開展，而實驗小組則正在加緊新型的微納結構靶研制，為激光打靶做準備，這兩方面的工作都得到了中國科學院先導專項的大力支持。”與此同時，作為物理實驗主要設計人之一，吉亮亮參與推動“上海硬X射線自由電子激光裝置—極端光物理線站”項目。項目在上海光機所研究員李儒新的帶領下，擬于2024年建設100拍瓦的超強激光裝置，對進一步探索真空的強場QED特性等研究具有重大意義。

研究工作有了長遠的規劃，但吉亮亮并不急于給自身背負太多任務。“科研工作一戒驕躁，二戒壓力。長期處于高壓和疲憊的狀態，不但科研效率沒法保證，人的思維能力和判斷也會受到影響，容易做出錯誤的決定。”不徐不緩，不驕不躁，吉亮亮在穩健的前行中一步步完成著自己的理想。