他是一名“土博士”，工作那年，從自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域轉(zhuǎn)到陌生的新興領(lǐng)域。
他是一名“追光者”，十年如一日，專注地做了一件大事——在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)基于激光加速器的自由電子激光。
在他看來，科學(xué)家要有科學(xué)的審美，不應(yīng)盲目追逐熱點(diǎn)，而要做于國(guó)有利、真正有價(jià)值的科研。
他就是2022年“上海最美科技工作者”、中科院上海光機(jī)所王文濤研究員。
“夢(mèng)之束”終成“現(xiàn)實(shí)之光”
他的故事，可以從國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》的兩篇封面文章說起。
2004年9月30日，《自然》選擇“夢(mèng)之束”為封面關(guān)鍵詞，刊登了美、法、英等國(guó)科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)激光尾波場(chǎng)加速可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單能的高能電子。
什么是激光尾波場(chǎng)？快艇在水中行進(jìn)，會(huì)在船尾拖出波浪，這時(shí)人可以利用這個(gè)波浪進(jìn)行沖浪運(yùn)動(dòng)，以接近快艇的速度往前進(jìn)。把強(qiáng)激光打在氣體里面，激光排開電子也能形成這樣的尾波，如果電子被尾波捕獲，就會(huì)隨著激光往前跑，在非常短的距離內(nèi)被加速到接近光速。這一技術(shù)可以將原來體積非常大的加速器，從公里量級(jí)縮短到厘米量級(jí)。
自由電子激光好比一臺(tái)超級(jí)相機(jī)，擁有飛秒量級(jí)快門，可以拍攝到化學(xué)鍵的形成、電子的快速運(yùn)動(dòng)等；它還有著相當(dāng)于一個(gè)水分子大小的超高分辨率和超高的峰值亮度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀世界的“曝光”。未來這一技術(shù)如果要走進(jìn)醫(yī)院和學(xué)校，實(shí)現(xiàn)普及，小型化、低成本是必然趨勢(shì)。目前全世界正在運(yùn)行的自由電子激光大科學(xué)裝置只有8臺(tái)，它們的長(zhǎng)度都在數(shù)百米甚至數(shù)公里。之所以要這么長(zhǎng)的距離，因?yàn)閭鹘y(tǒng)加速器對(duì)電子加速需要有一段距離，相當(dāng)于客機(jī)起飛，需要一個(gè)“跑道”；而激光加速這一全新方式，好比在航空母艦上彈射戰(zhàn)斗機(jī)，可以短距離把電子提速。于是，以“夢(mèng)之束”為發(fā)端，利用激光尾波場(chǎng)加速器驅(qū)動(dòng)小型化自由電子激光，成為了該領(lǐng)域科學(xué)家追逐的最前沿。
2019年1月11日凌晨3點(diǎn)，第一次觀察到“出光”的合影。前排左一為王文濤
然而，這一“另辟蹊徑”卻遲遲沒有新的突破。直到2021年，上海光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)在只有12米長(zhǎng)的臺(tái)式化自由電子激光裝置上，首次實(shí)現(xiàn)了基于激光加速器的自由電子激光放大輸出，在國(guó)際上率先完成臺(tái)式化自由電子激光原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這一成果以“小型化源”為題，成為2021年7月22日出版的《自然》封面文章。《自然》和另一國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》同期發(fā)表專欄文章，評(píng)價(jià)該成果是自“夢(mèng)之束”以來的“又一里程碑”。
“夢(mèng)之束”終成“現(xiàn)實(shí)之光”，王文濤正是該項(xiàng)成果的主要完成人之一。
向世界證明這個(gè)方案走不通，也是一種成功
王文濤算是“半路出家”。2010年，王文濤從上海光機(jī)所博士畢業(yè)留所工作。當(dāng)時(shí)，他所在的強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以激光電子加速技術(shù)為主攻方向，他于是放棄了自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，轉(zhuǎn)到這一陌生的新興領(lǐng)域。盡管，這意味著從零開始，但他樂觀地表示，自己喜歡實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和各種設(shè)備的熟悉讓他成為當(dāng)時(shí)最適合的人選。
2012年，上海光機(jī)所啟動(dòng)臺(tái)式化自由電子激光的研制，與美法德日意等國(guó)展開了同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。這是一個(gè)重大儀器項(xiàng)目，但當(dāng)時(shí)世界上并沒有切實(shí)可行的方案，還要面臨其中非常復(fù)雜的科學(xué)挑戰(zhàn)。難度之大，不少同行專家為他們捏了把汗。
“就拿實(shí)現(xiàn)電子束的穩(wěn)定性來說，好比炸彈爆炸，要求每次爆炸彈起的碎片都能精準(zhǔn)地打在10米外直徑不到1毫米的靶心上，這種復(fù)雜過程需要考慮的因素太多，難度極大。在我們的研究突破之前，利用激光加速器來研制臺(tái)式化自由電子激光，僅僅具備理論上的可能?！蓖跷臐f，他們用了整整五年，才實(shí)現(xiàn)了電子束的連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生。
“加班奮戰(zhàn)三百天，不見出光誓不還”，這是王文濤提議掛在實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)語，也是他們甘做“冷板凳”的決心?！啊跐h語里是個(gè)虛指，指的是很多天，但我們也沒想到，這一堅(jiān)持就是3000天?！?/p>
在這3000天里，王文濤和團(tuán)隊(duì)成員幾乎一年就有300天加班到凌晨。在他看來，這是做科研最自然不過的事情?！白x博士的時(shí)候，我們就耳濡目染——實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)立者徐至展院士幾乎天天都在實(shí)驗(yàn)室工作，沒有周末。我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)志同道合，無數(shù)個(gè)夜晚都在一起分析問題、探討解決方案，這種積極向上的氛圍是會(huì)相互‘傳染’的?！?/p>
在這3000天里，王文濤的兒子出生了，當(dāng)時(shí)正是項(xiàng)目的關(guān)鍵時(shí)期，“走時(shí)娃未醒，歸時(shí)娃已睡”成為他和眾多科研人的真實(shí)寫照。
在這3000天里，王文濤也有過極大的挫敗感。2017年，原有的設(shè)計(jì)方案歷經(jīng)三年嘗試后，宣告失敗。王文濤第一次感到迷茫，甚至提出，他可能堅(jiān)持不下去了。項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院院士李儒新當(dāng)時(shí)對(duì)他說：“你向世界證明這個(gè)方案走不通，也是一種成功?！蓖跷臐f，這番話讓他不再害怕失敗，不再自我否定，也給了他破釜沉舟的勇氣。在最終方案實(shí)現(xiàn)之前，他們一共嘗試了四種方案?！皠?chuàng)新，就是要走別人沒走過的路，充滿艱辛但有著獨(dú)特的魅力?！?/p>
追光逐夢(mèng)是一件很酷的事情，眼里也要有“光”
數(shù)月前，正值上海疫情封控。為了在上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置上做出高能電子束，王文濤和團(tuán)隊(duì)成員駐守在那里，餓了吃盒飯，累了就睡行軍床。
從30歲到42歲，王文濤一直專注地在和激光打交道。在他看來，科學(xué)家要有科學(xué)的“審美”和定力，不應(yīng)盲目追逐熱點(diǎn)，而要做于國(guó)有利、真正有價(jià)值的科研，并扎實(shí)地做好、做透。就算別人做出了“短平快”的研究成果，也不要輕易改變自己的追求。
“我們團(tuán)隊(duì)的平均年齡不足35歲，青年人是科學(xué)研究和創(chuàng)新的中堅(jiān)力量。‘木桶理論’不適用科研領(lǐng)域，青年人應(yīng)該立志成為團(tuán)隊(duì)中不可忽略的‘長(zhǎng)板’，這決定了團(tuán)隊(duì)的高度?！?/p>
王文濤說，追光逐夢(mèng)是一件很酷的事情，在做這個(gè)事情的時(shí)候，眼里也要有“光”，這既是目標(biāo)，也是堅(jiān)持到底的“希望之光”。
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