探祕華中大引力中心:穿越時空的吸引力

探秘華中大引力中心:穿越時空的吸引力

“在武漢市喻家山上一個不起眼的人防山洞中,有一個被國外專家譽為‘世界引力中心’的物理實驗室。35年,研究人員紮根山洞潛心研究引力波探測,取得具有國際影響力的研究成果……”5月15日,新華社客戶端一則《35年隱身山洞“磨一劍”》發佈不到20小時即吸引了十多萬人。

引力中心科研人員將冷板凳坐熱,成就“世界引力中心”的故事,成為華中大精神的又一寫照。2011年以來,該中心快速發展,以祖國和人民的需要為目標,催生出一批高水平的科研成果。是什麼穿越了時空,吸引著引力人在科研路上不斷探索?請隨我們一起探尋。

探秘華中大引力中心:穿越時空的吸引力

探秘華中大引力中心:穿越時空的吸引力

堅持,瞄準目標不動搖

1983年10月,學校開始籌建引力中心,實驗室建在了喻家山下的人防山洞中。目前,山洞實驗室約4000平方米,縱深150米,上面覆蓋層厚度大於40米。獨特的自然環境加上巧妙的實驗設計,使實驗室具有恆溫、隔振和電磁屏蔽等優越的實驗條件,成為國際上幾個最好的靜態引力場實驗室之一。

引力實驗是一項持續時間長且十分艱苦的研究,從實驗設備的設計、打磨,到實驗數據的取得,往往需要在山洞中苦熬十年之久。測G是羅俊及其團隊花費精力最多、持續至今的研究工作。

當年長時間在陰冷潮溼的山洞中做研究,羅俊的身體變得虛弱,常常生病。他說,山洞與外界隔離,連手機信號都沒有,在這裡做學問還要耐得住寂寞。

1998年,團隊取得了105ppm相對精度的測G結果,他們的測G實驗結果被國際科技數據委員會(CODATA)收錄,並以華中科技大學英文縮寫HUST命名。2009年,G的測量精度提高到26ppm。是當時國際上精度優於50ppm的5個結果之一,也是當時採用扭秤週期法測得的最高精度G值。同年,羅俊當選中國科學院院士。

提及幾十年能夠堅持下來的原因,羅俊說是因為做學問“本身就是一種享受”。導師執著、樂觀的科研態度讓當年的博士生、現在的引力中心教授胡忠坤看在眼裡,銘記在心。

2005年,博士期間一直從事測G研究的胡忠坤在導師羅俊的支持下毅然決定迎接新的挑戰——拓展冷原子干涉新研究方向。

任何科研成果不可能一蹴而就,從2005年到2009年,整整5年,整個團隊一篇論文都沒有發表,但是胡忠坤每年一個臺階,快速追趕國際先進水平,在實驗室內部年年被考核為優秀。

周敏康副教授當時正在讀博,2005年才剛入學就參與了高精度冷原子重力儀的研究。他笑著說:“入學時想著,讀博3年總該有1篇高水平文章了。我的同學有的4年就博士都畢業了。”

胡忠坤很鎮定,他說“心裡不慌,因為我們是一步一個腳印朝著目標前進”。底氣來自於對新研究方向的自信,也來自於羅俊的教導和支持。“要瞄準一個大的目標,長期堅持做,不要看短期的利益。”“要有追求、有規劃、一步步做。”“做科研遇到困難,不應該繞過它,應該迎難而上,解決它,這樣腳下的路才走得最穩最踏實!”導師的諄諄教導一直縈繞在胡忠坤的心頭。

論證方案、組建隊伍、搭建平臺、原理驗證、關鍵技術突破,預期目標逐步實現……2010年,胡忠坤團隊發表了第一篇冷原子干涉測量論文;2013年,突破了絕對重力測量靈敏度,他引評價為當前國際最好記錄;2016年,論文被《物理評論快報》推薦為亮點文章,並被美國物理學會旗下新聞網站“物理”進行精選報道。12年的堅持不懈,使團隊在冷原子干涉重力測量方面實現了“彎道超車”。而胡忠坤也因在科學上執著追求、勇攀高峰,在2017年獲評“全國五一勞動獎章”。


創新,為了祖國和人民的需要

5月21日,羅俊團隊打造的激光角反射器隨嫦娥四號中繼衛星“鵲橋”進入太空,開展激光測距實驗。實驗旨在為“天琴計劃”做先導性研究,將實現國際首次超過地月距離下的純反射式激光測距實驗。

2017年4月20日,“太空快遞員”天舟一號貨運飛船發射升空,引力中心“非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證”裝置抵達天宮二號。相關實驗結果為我國空間站設計提供了重要指導,為我國目前在軌加速度測量的最高水平,該加速度計整體性能達到了國際同類產品的水平。

這是引力人在中國科研史、航天史上留下的一個個印記,也是他們孜孜以求的目標。他們的心中都有一個共識——服務國家重大戰略需求,做祖國需要的科學家。

羅俊常說:“只有做出有影響力的工作,才能承擔起一個科研工作者所應盡的社會責任。”為了讓團隊能承擔重大基礎研究項目,服務國家發展,提升國際地位,他積極謀篇佈局,帶領引力人不斷拓展新的研究方向。

佈局空間重力測量研究方向。2000年,周澤兵教授團隊啟動空間加速度計攻關研究。2006年,他們研製的空間簧片加速度計成功完成了空間飛行實驗;2013年,研製的靜電懸浮加速度實現衛星搭載飛行實驗,成功實現了該款空間加速度計的首次飛行驗證。2017年,團隊研製了更高分辨率的靜電懸浮加速度計實驗裝置,並完成了載人航天工程“天舟一號(TZ-1)”貨運飛船“非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證”空間實驗,有力地推進了我國有關空間計劃的工程實施,為我國空間引力波探測奠定了重要基礎。該成果入選首屆華中大重大學術進展。

佈局航空重力測量研究方向。2008年,塗良成教授團隊啟動海空重力梯度測量攻關研究。這項被稱為“給地球做核磁共振”的研究,將為我國礦產資源勘探、國家安全提供重要技術保障。由於技術攻關難度大,國外科學家將其與“阿波羅計劃”相提並論。能查到的最新資料源自20世紀70年代,國外的技術封鎖讓團隊只能白手起家,用十多年的時間一點點為我國自主研製重力梯度儀打下基礎,為中國“決戰深地”攻堅克難。

一次次攻關,一次次突破,引力人始終把祖國的需要和人民的需要扛在肩頭,把中國的引力實驗研究推向國際學術前沿。

為了提升我國在精密重力測量領域的自主創新能力,服務地球物理和全球環境變化科學研究、資源勘探、國家安全等國家重大戰略需求,引力中心聯手兄弟單位,提出“關於建設精密重力測量研究設施”的設想。2013年,“精密重力測量研究設施”項目被列入“十二五”重點建設的國家重大科技基礎設施項目之一。2015年,項目建議書獲國家發改委批覆。

“天琴計劃”是羅俊在2014年提出的空間引力波探測計劃。中心科研人員正在研發攻關的技術,是未來中國空間引力波探測的關鍵載荷。探索引力波是精密測量研究絕對的技術挑戰。它要求對17萬公里兩顆衛星之間激光擾動的測量要達到皮米精度,相當於一根頭髮直徑的千萬分之一。目前實驗室測量精度已接近皮米,相關技術將產生重大應用價值。


成長,打造科研生力軍

邵成剛教授在《物理評論快報》發表了利用近距離引力實驗探索洛倫茲破缺效應的最新研究成果,楊山清教授在《物理評論快報》發表了檢驗牛頓反平方定律實驗中的最新研究成果,段小春講師在《物理評論快報》發表等效原理檢驗方面的重要實驗進展,王炎副教授在《物理評論快報》以封面文章的形式發表了與合作者在引力波天體物理方面的最新研究成果,林國平副教授在光學權威期刊《光學與光子學研究進展》發表綜述文章……

引力中心進門大廳的展示板上,一篇篇論文見證著引力人勇攀科研高峰時留下的每一個足跡。

這裡,每一個人的熱忱都被激發,科研成果接踵而至,一批青年才俊脫穎而出。1人入選“萬人計劃”科技創新領軍人才,3人入選“傑青”,1人入選“優青”, 2人入選“青千”,5人入選“新世紀人才”,4人入選“楚天學者”。

是什麼,讓這支科研生力軍得以快速成長?

刻苦鑽研是引力人的工作常態。引力實驗中要用到一種特殊的鋼球,每個球的圓度要精確到0.5微米以內,而能買到的這種球最好精度在5到10微米。曾在中心攻讀博士的薛超只好手工研磨,一個球磨了9個月,圓度最終達到0.2微米,實驗需要的4個球的研磨就耗費了他整整兩年的時間。

規範管理是引力中心的“傳家寶”。羅俊強調:“有規範按規範辦,沒有規範先討論出規範。”在他的倡導下,做事“四有”等20多項規章制度被落實到教學科研中,為團隊高效有序運行提供有力保障。

論文投稿前都要經過仔細審查就是該中心的傳統之一,一直沿襲至今。3篇全國優秀博士學位論文就是在這樣的嚴格要求下誕生的——羅俊、胡忠坤、塗良成師徒三人的論文均獲評全國優秀博士學位論文。塗良成回憶說,當年自己的一篇論文,在羅俊的要求下,修改了17次。

規範只是約束行為,但不禁錮思想。羅俊說:“大學必須堅持學術自由的精神。”在這裡,學術思想的討論從來都非常開放。在例會上,老師和學生還會為了學術問題爭得面紅耳赤。

凝聚力量,堅持黨旗領航,黨支部是引力中心的“心臟”。在華中科技大學學校和學院兩級黨委領導下,引力中心黨支部圍繞中心工作抓黨建,抓好黨建促發展;不斷學、努力做,從抓好方向引領、服務國家需求等入手,明確定位,切實提高引力人的凝聚力和戰鬥力……多年來,該黨支部學習、活動不斷線,將黨員群眾牢牢擰成一股繩,成為了中心教學、科研和社會服務工作的戰鬥堡壘,曾獲評湖北省高等學校先進基層黨組織。

以羅俊為代表的一批黨員學術帶頭人以身作則、率先垂範,帶領團隊奮戰在科研一線。一批年輕的引力人在榜樣的帶領下迅速成長。2017年11月,鄧科老師遞交了入黨申請書。不少像他一樣的青年科研工作者正在積極向黨組織靠攏。

廣納英才是引力中心發展的不竭動力。2017年就有300多封求職郵件如雪片般地飛來,其中不乏加州大學伯克利分校、劍橋大學等知名高校畢業生,該中心在學者的眼裡充滿了吸引力。中心主任塗良成說:

“論文早已不再是追求的唯一目的,我們希望做一些具有原創性的基礎科學前沿的研究工作,或是服務國家重大戰略需求的‘國之重器’。目標是200個固定科研人員,團隊規模要達到千人以上。”


文字:張雯怡


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