为百亿大科学装置加持护航的年轻人

乔治

上海科技大学副研究员

乔治是2023年启明星颁证交流会上笔者有幸结识的多位星友之一。引起我注意的是他的名字和与之交谈时的落落大方，他说他来自上海科技大学，目前正从事硬X射线自由电子激光装置相关科学问题的攻关工作。一听到硬X射线装置我马上上心了，之前看到的报道留下了很深印象：这可能是迄今上海在建的和已建的大科学装置中投资量最大的——总投资达到百亿人民币。关于这个大装置的情况，我想很多人会很关心。采访前几天上海的气温断崖式下降，采访当天12月21日市区的最低温更是低于零下3度，校园里几处水面已结冰，幸好阳光充足。乔治安排了校园里的一处咖啡馆，我们交谈了近三个小时，虽然暖气开得不算很足，但全情投入于内容的我俩居然没有感受到寒意。

人生想象力喷发的阶段有幸与科幻结缘

1988年出生的乔治有近一米八高，身体强健，五官周正，嗓音稳缓，当他说到自己的出生地——内蒙古自治区乌兰察布市察哈尔右翼前旗——我心里想这跟他的相貌、体型很契合。问起他的名字有何含义时，他说是爸爸起的，可能觉得这个单名好记，应该没有什么特殊含义。说起名字，倒是乔治拿到启明星计划告知父母时，他们不知道“启明星”是什么意思，还特意去查了词典。乔治也借此给他们普及了启明星项目的情况。

乔治的父母通过耕作和之后到城市打工抚育一双儿女，他们是靠著勤劳的双手帮助儿女完成大学学业的典型中国式父母。那个时候，乔治跟着到呼和浩特打工的父母有机会在比老家教育好很多的呼市小学、中学念书。聊起这一段，乔治很感激父母当年能让他受到好一点的教育，“如果不是这样的话很可能今天的我就是另外一种情况”。对爸妈打工挣钱的种种不易，乔治都看在眼里，他也慢慢知道只有好好学习才会有前途。由于读书成绩好，乔治在小学期间受到了老师很多表扬，每次成绩单拿到家里，特别是家长会老师点名表扬时看到妈妈特别开心的样子，他也很开心。为了能让爸妈开心，他小学到初中的学习成绩一直保持在年级第一名。中考时没有考出最好成绩，加上户籍限制没能进入公立中的好高中，这样就去了学杂费每年上万的私立学校。当时姐姐还在上大学，家里还是很缺钱的。好在学校有一个政策，考试分数达到年级第一名者可免收学杂费。乔治又有了奋斗方向：为了免收学杂费一定要考到第一。他说到做到，每年都拿了第一，整个高中阶段没有缴过学杂费。

乔治说他初高中阶段特别喜欢武侠小说和科幻书籍，“当时《科幻世界》杂志是一直在看的，每周都会去书店看，也会去图书馆借。高二时看了刘慈欣的《三体》的前半部分，特别震撼”。当时乔治正在念的物理课本已经教到不少物理名词，如宇宙演化、黑洞和时空曲率、核反应的能量产生、波粒二象性等，“教科书上的物理名词概念只是一个知识点的介绍，但科幻小说会把这些物理概念具象化，让你觉得这个世界可能存在另外一种状态和模式，这与我从教科书上得到的认知完全不一样，有受到科学启蒙的感觉”。至今回想起来，乔治很感怀在初高中人生想象力喷发的阶段有幸与科幻结缘：“尽管有一些科幻作品的表述从科学上看不是很严谨，但它可以激发你的想象力和想去探索的欲望，让你感到做科学探索是特别有吸引力的事情。至今我在科研思维上都受益于当时读过的科幻小说——我们做科研的无疑要非常严谨，但也需要有想象力，有发散性，这样才可能获得一些特别有意思的想法——我的思维不受拘束这一点对我很有帮助。”

真正参与实验才会理解科学概念的含义

乔治高考比较顺利，考到哈尔滨工业大学电子科学与技术专业。这个专业与激光相关，是他理想的学校和专业。哈工大四年给乔治的最大感觉是课业紧、功课特别多，大一、大二每天要上很多课，基本上从早上到晚上7点多都在上课，晚上不少同学还会带着书去暖气更足的自修室，一般都要十一二点才回宿舍。自修室座位很紧张，需要提前去占座，即使双休日也如此。在乔治的描述中，那时（2008年）哈工大校园里很少看到看手机、上网打游戏的同学，出去玩的更少，这很大程度上与这所学校多年形成的相对严谨的学风有关。哈工大鼓励本科生接触一些科研工作，大二、大三起，不少同学已经联系到实验室跟着研究生师兄师姐接触甚至参与一些项目了。“当时我们本科生想到实验室是方便的，可以找老师沟通想去的课题，一般都会获得批准。”乔治大三到大四参与了一个与红外激光有关的实验课题。这个进实验室的机会对乔治日后走上科研之路帮助很大，“因为书本上学的知识还比较表面，到了实验室真正参与了才会理解相关科学概念的含义”。乔治以激光器为例：我们虽然从教科书上学了激光器是怎么回事，但在没有见过这个装置之前，印象是不深的。进了实验室，导师给你练手的机会，去搭一些简单的激光装置，去调反射镜，最后出光时在功率计上做测量。只有参与了这些过程才能对激光有更直观、清晰的理解。

大四时，乔治参与的项目是用布里渊散射这一现象对激光做压缩，把激光从纳秒压缩至皮秒量级。这是一个用在惯性约束核聚变上的在研项目，要写代码，建模型，然后用计算机计算、仿真，并在实验室的激光器上验证。乔治全程参与了以上工作以及两篇论文的撰写，他由此也明白了做课题（项目）是怎么回事，怎么一步步进行，理论实践如何结合，这帮助他初步确立了以科研为自己的职业方向的志向。

因为本科成绩优异，乔治获得学校推荐保研资格。他联系了中国科学院上海光学精密机械研究所，并在2012年顺利入读上海光机所。做此选择也是因为大四那个项目，他知道了惯性约束核聚变是怎么回事，而上海光机所的神光装置就是做这件事的。乔治在光机所硕博读了5年，导师是林尊琪院士，后阶段因林院士身体原因，主要由范薇老师带教，范老师是林院士团队的骨干、研究员。两位老师在乔治心目中都是那种非常纯粹、执着于学问的科学家：“林老师是我做科研和为人的榜样，也是做事特别踏实的老一辈科学家。林老师偏向于宏观指引，比如大的研究方向，我的兴趣，想解决什么问题，应该怎么做，而具体的科研选题以范老师为主。”两位导师对我的影响是让我明白：作为一个科学装置研发者，科研的终极目标是要做出性能达到理想状态的装置，而不是为了发文章或追求热点，不是最近什么火了就去做什么。“当时我参与的课题是神光装置的前端系统，是为整个装置产出一种高质量的种子激光，只有这个种子激光的性能真正达标，后面一系列的放大实验的效果才有把握。这涉及很多科学问题及相应的工程问题。范老师带着我逐一解决了涉及的问题，其中很重要的是我们解决了所有事关输出稳定性的幅频调制中出现的问题。为此我和范老师花了很多时间，尝试过不同的方案，前后历时一年多。最后的方案把幅频调制对输出的影响降到了最低。”在林院士、范老师带领下，参与神光大科学装置研制任务的这5年为乔治日后的科研生涯做了非常重要的铺垫。

博士毕业在上海光机所神光装置楼前

2016年教师节林尊琪院士与学生合照

国外5年完成博士生向职业科研人的转变

2017年乔治博士毕业。从本科涉足激光到博士学业完成，与激光、激光器打了近十年交道的乔治，很想去了解激光在物理中有哪些用武之地及未来激光可能的发展方向。于是他联系了英国帝国理工学院的约翰 · 亚当姆斯研究所，这个在激光等离子体研究方面积累很深的研究所当时正在筹建超短激光装置。在约翰 · 亚当姆斯研究所两年博士后工作期间，乔治负责搭建了一套太瓦级的超短激光装置（这套装置现已用于电子加速），他也因此进入了激光X射线领域，知道了怎样用激光产出X射线，并由此萌发了把激光和X射线结合起来做一些物理研究的想法，这个想法使他在2019年争取到了一个去著名的美国国家实验室——阿贡实验室——的机会。

乔洽（左一）在美国阿贡国家实验室先进光子光源实验装置前与团队成员合影

位于美国中西部的阿贡实验室有美国最大的X射线同步辐射装置。初涉X射线领域的乔治想去阿贡实验室做一些与X射线相关的研究，2019到2022年，乔治如愿在阿贡实验室从事X射线检测，X射线与激光结合的检测与成像方法方面的研究。在阿贡实验室的这三年，乔治接触到了X射线不同方向的课题，知道自己可以在哪些方面有所作为，如在X射线的光束线和深度学习结合方面，用深度学习介入X射线的波前检测，有望提升后期实验时焦点的聚焦度和成像质量。

阿贡给乔治留下比较深印象的是这家实验室的运行方式：“阿贡实验室的科研方向比较多，有物理、生物、计算机、材料等方向，交叉氛围浓厚，相互之间的合作特别多，经常有各种报告，邮箱里几乎每天都会收到报告会的通知。实验室的整体规划特别清晰，建新的线站前一定会考虑周全，这个线站要去关注、解决什么科学问题，即以明确的科学问题为导向来引导工程建设，不是为建而建，这点对我们会有一些借鉴意义。”令乔治印象深刻的还有阿贡实验室的先导项目：这种项目的投入量不大，一般2万～3万美元，主要鼓励青年科学家做更具探索性的工作，甚至是自己都不知道结果是什么的项目，也不求回报，完成后有一个结题说明就可以了。而一旦能做出一点名堂，就可以申请先导项目的后续资助，资助额会有十几万美金。

学成归国，直奔上海硬X射线激光装置

2018年4月，作为张江综合性国家科学中心核心项目的上海硬X射线自由电子激光装置正式开建，正在帝国理工大学的乔治在第一时间得到信息后备受鼓舞，此后他一直与上海科技大学等国内相关团队保持联系。事实上他也根据上海这一大科学装置的特点，利用自己在国外接触激光科学装置的机会争取多学习和接触一些前沿，这也是他2019年在帝国理工的课题一结束就前往阿贡实验室再研学三年的部分原因。当然还有一个因素是他的另一半（同在阿贡国家实验室做博后研究，在同一个领域内从事成像研究的科研人员）一直鼓励他学成后双双归国。2022年9月他倆回到上海，用乔治的话说几乎是离开机场就直奔张江上海科技大学。

回来后的一年多时间里，先后又有十几位来自世界各地的与激光装置有关的青年才俊加盟上海科技大学大科学中心。乔治说他们现在做的事，一是应对工程建设提出的问题，从科研和工程准备上做出调整，二是为2025年出光后的硬X射线自由电子激光装置的各种科学用途做预研。那天在大科学中心的走廊里，对着硬X射线自由电子激光装置的大型示意图，乔治给我一一介绍，话语间掩藏不住渴望和兴奋。

受他的感染，也因为大科学装置科普兹事体大，我也在访问时邀约他撰写一篇科普文稿，就硬X射线自由电子激光装置的功能用途、科学意义及国内外进展等给读者做一次科普解读，乔治几乎没有犹豫就答应了。我也再次感受到我们星友对科普的重视和投入度越来越高，很欣慰！

希望在新的一年听到更多好消息

从乔治入职上海科技大学到他这次成功入选2023年启明星项目只有短短的几个月，这一方面反映了主事者识人看题的“功力”，另一方面更是因为申请人多年的科研实力和积累。这里容我从上报材料中选取几句话：申请人在X射线光学检测、光束线波前和相干性的测量，以及高功率超短脉冲激光产生和测量领域进行了系统深入的研究。申请人前期在同步辐射装置光束线诊断及超短脉冲测量方面已经进行了深入的研究，前期研究结果证明了本课题的可行性，为接下来针对上海软/硬X射线自由电子激光装置的束线实时单脉冲诊断的研究奠定了扎实的工作基础。申请人近5年内在相关领域以第一作者及通信作者在《光学》（Optica ）等期刊发表了8篇文章，并申请了1项美国专利。

目前，乔治夫妇俩住在学校提供的公租房，就在后滩地铁站附近，环境很好，这个学校为年轻教师提供的公租房可以让租用者过渡几年。聊到眼下和未来的生活，乔治说：“我们俩兴趣方向类似，茶余饭后也会聊到工作上的所思所想。”我问起何时当爸爸的事，乔治呵呵一笑说正在考虑呢，刚回来事特别多，现在各方面稍稍安顿好了，确实也在考虑这件事了。和乔治握别时我说了一句：“希望在新的一年听到你更多的好消息。”乔治用力握了握我的手，我理解这是回应我的话，很替他开心！

江世亮采写于2024年1月6日