為百億大科學裝置加持護航的年輕人

喬治

上海科技大學副研究員

喬治是2023年啟明星頒證交流會上筆者有幸結識的多位星友之一。引起我注意的是他的名字和與之交談時的落落大方，他說他來自上海科技大學，目前正從事硬X射線自由電子激光裝置相關科學問題的攻關工作。一聽到硬X射線裝置我馬上上心了，之前看到的報道留下了很深印象：這可能是迄今上海在建的和已建的大科學裝置中投資量最大的——總投資達到百億人民幣。關于這個大裝置的情況，我想很多人會很關心。采訪前幾天上海的氣溫斷崖式下降，采訪當天12月21日市區的最低溫更是低于零下3度，校園里幾處水面已結冰，幸好陽光充足。喬治安排了校園里的一處咖啡館，我們交談了近三個小時，雖然暖氣開得不算很足，但全情投入于內容的我倆居然沒有感受到寒意。

人生想象力噴發的階段有幸與科幻結緣

1988年出生的喬治有近一米八高，身體強健，五官周正，嗓音穩緩，當他說到自己的出生地——內蒙古自治區烏蘭察布市察哈爾右翼前旗——我心里想這跟他的相貌、體型很契合。問起他的名字有何含義時，他說是爸爸起的，可能覺得這個單名好記，應該沒有什么特殊含義。說起名字，倒是喬治拿到啟明星計劃告知父母時，他們不知道“啟明星”是什么意思，還特意去查了詞典。喬治也借此給他們普及了啟明星項目的情況。

喬治的父母通過耕作和之后到城市打工撫育一雙兒女，他們是靠著勤勞的雙手幫助兒女完成大學學業的典型中國式父母。那個時候，喬治跟著到呼和浩特打工的父母有機會在比老家教育好很多的呼市小學、中學念書。聊起這一段，喬治很感激父母當年能讓他受到好一點的教育，“如果不是這樣的話很可能今天的我就是另外一種情況”。對爸媽打工掙錢的種種不易，喬治都看在眼里，他也慢慢知道只有好好學習才會有前途。由于讀書成績好，喬治在小學期間受到了老師很多表揚，每次成績單拿到家里，特別是家長會老師點名表揚時看到媽媽特別開心的樣子，他也很開心。為了能讓爸媽開心，他小學到初中的學習成績一直保持在年級第一名。中考時沒有考出最好成績，加上戶籍限制沒能進入公立中的好高中，這樣就去了學雜費每年上萬的私立學校。當時姐姐還在上大學，家里還是很缺錢的。好在學校有一個政策，考試分數達到年級第一名者可免收學雜費。喬治又有了奮斗方向：為了免收學雜費一定要考到第一。他說到做到，每年都拿了第一，整個高中階段沒有繳過學雜費。

喬治說他初高中階段特別喜歡武俠小說和科幻書籍，“當時《科幻世界》雜志是一直在看的，每周都會去書店看，也會去圖書館借。高二時看了劉慈欣的《三體》的前半部分，特別震撼”。當時喬治正在念的物理課本已經教到不少物理名詞，如宇宙演化、黑洞和時空曲率、核反應的能量產生、波粒二象性等，“教科書上的物理名詞概念只是一個知識點的介紹，但科幻小說會把這些物理概念具象化，讓你覺得這個世界可能存在另外一種狀態和模式，這與我從教科書上得到的認知完全不一樣，有受到科學啟蒙的感覺”。至今回想起來，喬治很感懷在初高中人生想象力噴發的階段有幸與科幻結緣：“盡管有一些科幻作品的表述從科學上看不是很嚴謹，但它可以激發你的想象力和想去探索的欲望，讓你感到做科學探索是特別有吸引力的事情。至今我在科研思維上都受益于當時讀過的科幻小說——我們做科研的無疑要非常嚴謹，但也需要有想象力，有發散性，這樣才可能獲得一些特別有意思的想法——我的思維不受拘束這一點對我很有幫助。”

真正參與實驗才會理解科學概念的含義

喬治高考比較順利，考到哈爾濱工業大學電子科學與技術專業。這個專業與激光相關，是他理想的學校和專業。哈工大四年給喬治的最大感覺是課業緊、功課特別多，大一、大二每天要上很多課，基本上從早上到晚上7點多都在上課，晚上不少同學還會帶著書去暖氣更足的自修室，一般都要十一二點才回宿舍。自修室座位很緊張，需要提前去占座，即使雙休日也如此。在喬治的描述中，那時（2008年）哈工大校園里很少看到看手機、上網打游戲的同學，出去玩的更少，這很大程度上與這所學校多年形成的相對嚴謹的學風有關。哈工大鼓勵本科生接觸一些科研工作，大二、大三起，不少同學已經聯系到實驗室跟著研究生師兄師姐接觸甚至參與一些項目了。“當時我們本科生想到實驗室是方便的，可以找老師溝通想去的課題，一般都會獲得批準。”喬治大三到大四參與了一個與紅外激光有關的實驗課題。這個進實驗室的機會對喬治日后走上科研之路幫助很大，“因為書本上學的知識還比較表面，到了實驗室真正參與了才會理解相關科學概念的含義”。喬治以激光器為例：我們雖然從教科書上學了激光器是怎么回事，但在沒有見過這個裝置之前，印象是不深的。進了實驗室，導師給你練手的機會，去搭一些簡單的激光裝置，去調反射鏡，最后出光時在功率計上做測量。只有參與了這些過程才能對激光有更直觀、清晰的理解。

大四時，喬治參與的項目是用布里淵散射這一現象對激光做壓縮，把激光從納秒壓縮至皮秒量級。這是一個用在慣性約束核聚變上的在研項目，要寫代碼，建模型，然后用計算機計算、仿真，并在實驗室的激光器上驗證。喬治全程參與了以上工作以及兩篇論文的撰寫，他由此也明白了做課題（項目）是怎么回事，怎么一步步進行，理論實踐如何結合，這幫助他初步確立了以科研為自己的職業方向的志向。

因為本科成績優異，喬治獲得學校推薦保研資格。他聯系了中國科學院上海光學精密機械研究所，并在2012年順利入讀上海光機所。做此選擇也是因為大四那個項目，他知道了慣性約束核聚變是怎么回事，而上海光機所的神光裝置就是做這件事的。喬治在光機所碩博讀了5年，導師是林尊琪院士，后階段因林院士身體原因，主要由范薇老師帶教，范老師是林院士團隊的骨干、研究員。兩位老師在喬治心目中都是那種非常純粹、執著于學問的科學家：“林老師是我做科研和為人的榜樣，也是做事特別踏實的老一輩科學家。林老師偏向于宏觀指引，比如大的研究方向，我的興趣，想解決什么問題，應該怎么做，而具體的科研選題以范老師為主。”兩位導師對我的影響是讓我明白：作為一個科學裝置研發者，科研的終極目標是要做出性能達到理想狀態的裝置，而不是為了發文章或追求熱點，不是最近什么火了就去做什么。“當時我參與的課題是神光裝置的前端系統，是為整個裝置產出一種高質量的種子激光，只有這個種子激光的性能真正達標，后面一系列的放大實驗的效果才有把握。這涉及很多科學問題及相應的工程問題。范老師帶著我逐一解決了涉及的問題，其中很重要的是我們解決了所有事關輸出穩定性的幅頻調制中出現的問題。為此我和范老師花了很多時間，嘗試過不同的方案，前后歷時一年多。最后的方案把幅頻調制對輸出的影響降到了最低。”在林院士、范老師帶領下，參與神光大科學裝置研制任務的這5年為喬治日后的科研生涯做了非常重要的鋪墊。

博士畢業在上海光機所神光裝置樓前

2016年教師節林尊琪院士與學生合照

國外5年完成博士生向職業科研人的轉變

2017年喬治博士畢業。從本科涉足激光到博士學業完成，與激光、激光器打了近十年交道的喬治，很想去了解激光在物理中有哪些用武之地及未來激光可能的發展方向。于是他聯系了英國帝國理工學院的約翰 · 亞當姆斯研究所，這個在激光等離子體研究方面積累很深的研究所當時正在籌建超短激光裝置。在約翰 · 亞當姆斯研究所兩年博士后工作期間，喬治負責搭建了一套太瓦級的超短激光裝置（這套裝置現已用于電子加速），他也因此進入了激光X射線領域，知道了怎樣用激光產出X射線，并由此萌發了把激光和X射線結合起來做一些物理研究的想法，這個想法使他在2019年爭取到了一個去著名的美國國家實驗室——阿貢實驗室——的機會。

喬洽（左一）在美國阿貢國家實驗室先進光子光源實驗裝置前與團隊成員合影

位于美國中西部的阿貢實驗室有美國最大的X射線同步輻射裝置。初涉X射線領域的喬治想去阿貢實驗室做一些與X射線相關的研究，2019到2022年，喬治如愿在阿貢實驗室從事X射線檢測，X射線與激光結合的檢測與成像方法方面的研究。在阿貢實驗室的這三年，喬治接觸到了X射線不同方向的課題，知道自己可以在哪些方面有所作為，如在X射線的光束線和深度學習結合方面，用深度學習介入X射線的波前檢測，有望提升后期實驗時焦點的聚焦度和成像質量。

阿貢給喬治留下比較深印象的是這家實驗室的運行方式：“阿貢實驗室的科研方向比較多，有物理、生物、計算機、材料等方向，交叉氛圍濃厚，相互之間的合作特別多，經常有各種報告，郵箱里幾乎每天都會收到報告會的通知。實驗室的整體規劃特別清晰，建新的線站前一定會考慮周全，這個線站要去關注、解決什么科學問題，即以明確的科學問題為導向來引導工程建設，不是為建而建，這點對我們會有一些借鑒意義。”令喬治印象深刻的還有阿貢實驗室的先導項目：這種項目的投入量不大，一般2萬～3萬美元，主要鼓勵青年科學家做更具探索性的工作，甚至是自己都不知道結果是什么的項目，也不求回報，完成后有一個結題說明就可以了。而一旦能做出一點名堂，就可以申請先導項目的后續資助，資助額會有十幾萬美金。

學成歸國，直奔上海硬X射線激光裝置

2018年4月，作為張江綜合性國家科學中心核心項目的上海硬X射線自由電子激光裝置正式開建，正在帝國理工大學的喬治在第一時間得到信息后備受鼓舞，此后他一直與上海科技大學等國內相關團隊保持聯系。事實上他也根據上海這一大科學裝置的特點，利用自己在國外接觸激光科學裝置的機會爭取多學習和接觸一些前沿，這也是他2019年在帝國理工的課題一結束就前往阿貢實驗室再研學三年的部分原因。當然還有一個因素是他的另一半（同在阿貢國家實驗室做博后研究，在同一個領域內從事成像研究的科研人員）一直鼓勵他學成后雙雙歸國。2022年9月他倆回到上海，用喬治的話說幾乎是離開機場就直奔張江上海科技大學。

回來后的一年多時間里，先后又有十幾位來自世界各地的與激光裝置有關的青年才俊加盟上海科技大學大科學中心。喬治說他們現在做的事，一是應對工程建設提出的問題，從科研和工程準備上做出調整，二是為2025年出光后的硬X射線自由電子激光裝置的各種科學用途做預研。那天在大科學中心的走廊里，對著硬X射線自由電子激光裝置的大型示意圖，喬治給我一一介紹，話語間掩藏不住渴望和興奮。

受他的感染，也因為大科學裝置科普茲事體大，我也在訪問時邀約他撰寫一篇科普文稿，就硬X射線自由電子激光裝置的功能用途、科學意義及國內外進展等給讀者做一次科普解讀，喬治幾乎沒有猶豫就答應了。我也再次感受到我們星友對科普的重視和投入度越來越高，很欣慰！

希望在新的一年聽到更多好消息

從喬治入職上海科技大學到他這次成功入選2023年啟明星項目只有短短的幾個月，這一方面反映了主事者識人看題的“功力”，另一方面更是因為申請人多年的科研實力和積累。這里容我從上報材料中選取幾句話：申請人在X射線光學檢測、光束線波前和相干性的測量，以及高功率超短脈沖激光產生和測量領域進行了系統深入的研究。申請人前期在同步輻射裝置光束線診斷及超短脈沖測量方面已經進行了深入的研究，前期研究結果證明了本課題的可行性，為接下來針對上海軟/硬X射線自由電子激光裝置的束線實時單脈沖診斷的研究奠定了扎實的工作基礎。申請人近5年內在相關領域以第一作者及通信作者在《光學》（Optica ）等期刊發表了8篇文章，并申請了1項美國專利。

目前，喬治夫婦倆住在學校提供的公租房，就在后灘地鐵站附近，環境很好，這個學校為年輕教師提供的公租房可以讓租用者過渡幾年。聊到眼下和未來的生活，喬治說：“我們倆興趣方向類似，茶余飯后也會聊到工作上的所思所想。”我問起何時當爸爸的事，喬治呵呵一笑說正在考慮呢，剛回來事特別多，現在各方面稍稍安頓好了，確實也在考慮這件事了。和喬治握別時我說了一句：“希望在新的一年聽到你更多的好消息。”喬治用力握了握我的手，我理解這是回應我的話，很替他開心！

江世亮采寫于2024年1月6日