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丁洪谈高能物理学家获百万美元大奖:小科学走向大装置成趋势

时间: 2019-11-10| 查看: 1666| 来自: www.tsmeeting.com

“虽然我事先没有听到过一点风,但这个结果对我来说并不奇怪。”说到新发布的“未来科学奖”材料科学奖获得者,中国科学院物理研究所研究员,北京凝聚力国家物理研究中心首席科学家丁宏对记者笑着说。他曾担任过前三个“未来科学奖”的评委。 “这是近年来中国物理学在世界上非常有影响力的成果。”

第四届中国科学院高能物理研究所研究员王一芳和第四届中国科学院高级能源物理研究所研究员陆一彪在中国科学家和企业家共同主办的第一届世界级科学奖。加州大学伯克利分校成为清华大学教授薛启坤。和中国科技大学潘建伟教授一起获得100万美元奖金的物理学家。

由王玉芳和陆金彪率领的大亚湾中微子实验合作小组首先在中国广东大亚湾核电站附近发现了一种新的电子中微子振荡模式,并准确测量了它们因振荡引起的消失概率。

日本和加拿大的科学家在本世纪初发现了三种中微子之间的两次振荡并获得了2015年诺贝尔物理学奖。关于在大亚湾发现的第三次振荡的有趣之处在于它表明中微子可能破坏奇偶性和正负粒子的联合对称性(CP)。物理学家普遍认为,新的CP破坏的存在是解释宇宙物质形成的必要条件,远远超过反物质和物质世界的形成。

当王玉芳得知该奖项时,他说高能物理是一项非常基础的研究。该奖项是对基础科学研究的肯定,是对该团队300多名科学家十多年来工作的肯定。

对大型设备的需求是该学科的趋势

丁洪自称是高能物理学的外行,但他钦佩高能物理学。该学科研究宇宙的基本构成和宇宙的起源,并涉及暗物质和暗能量等神秘的未知物。然而,近年来,实验性高能物理确实陷入了一定的瓶颈。随着认知边界的发展,高能物理学家需要更高的实验能量和更大的加速器。

“20世纪40年代到20世纪60年代和70年代可能是高能物理学的黄金时代。新的加速器正在兴起,它们正在迅速推动许多历史发现。现在基本上已经发现了标准模型中的所有发现。超出标准模型是未知的。“

另一方面,丁宏也有一个乐观的前景,有很多未知数,这意味着可能会有一个很大的突破。

“我认为这可能是黎明前的黑暗。实验的突破可能取决于世界科学家的集体力量。个人和小团队的力量是不够的。但人类对知识的追求是无止境的,这是也是人与人之间的差异。其他动物的根源。“

清华大学天文系主任毛树德通过实时电话联系告知王玉芳这一奖项后,发生了一个事件。他开玩笑说:“我听说你们也在推广更大的项目。有了未来奖项的资金,资金是否足够?你能开始工作吗?”

王一芳也微笑着回答说“这笔钱肯定不够。”

所谓的“大项目”是指王玉芳近年来坚持的环形电子 - 正电子对撞机(CEPC),通常被称为“中国大型对撞机”,代表中国的高能量物理学界。雄心壮志。

这个大型科学装置的成本需要从数百亿元开始。杨振宁多次公开质疑其必要性。

在这方面,丁宏说:“从根本上说,我对科学设备的建设抱有支持态度,因为世界各地的科学家都在使用它来增加对所有人的认识。这是大家的共识。整个科学界。“

丁洪关注的“北京高能光源”已于今年在怀柔科学城开工建设,他为这一全球最亮的同步辐射光源起到了重要推动作用。该项目的承建方,正是由王贻芳领导的中科院高能所。此外,丁洪也担任国际首个综合极端条件实验装置的首席科学家。

可以说,越来越多曾经的“小科学”正在走向“大科学”时代,包括丁洪从事的凝聚态物理领域。他本人做出的许多重要成果都依赖公共的大科学装置。例如,丁洪在2015年首次利用同步辐射在固体材料中发现外尔费米子,入选了美国《物理评论》125周年推出的49篇精选论文。

无论是凝聚态物理学家“看”固体材料,还是生物医学家“看”蛋白质结构,都需要镜头更精致,才能看得更清楚。

“事实上大科学装置不仅是高能物理需要,也是许多学科的需要,已经成为一种学科发展的大趋势了。粒子物理一开始也不需要大装置,最初是用气泡室研究宇宙射线中的高能粒子,最早的回旋加速器在实验室里就能摆下。”丁洪说道。

“所以随着研究发展,科学家自然会需要更大型、更精致的设备。中国未来可能需要一批大型设备来推动相关学科的发展。”

不过,相对于光源,大型对撞机的造价有数量级上的差异。既然是增加全人类知识,那是否可以在联合国的框架下去做这个事情?丁洪举例道,俗称“人造太阳”的国际热核聚变实验堆计划(ITER)就是一个国际合作的范本,中国在其中承担了9%的采购包制造任务。“应该说,现在国际合作建大科学装置是非常有潜力的。”

拓扑量子比特可能是量子计算机的“三极管”

近期丁洪在拓扑量子计算方向做出了一系列新成果,从某种意义上也借鉴了高能物理的思路和知识。在量子场论的叙述中,基本粒子和准粒子具有相当的统一度。它们可以用同样的手段方式,形成同样的表现。

“我们现在越来越把固体材料看作一个固体宇宙。”

微观的量子态在器械上很难操作,现在量子计算的一大主流思路,就是利用超导态这一宏观的量子态。不过,超导量子比特虽然具备了纠缠态、叠加态等量子计算必要的属性,但也继承了量子态的弱点:非常脆弱,极易被干扰。

之前学界曾提出50个量子比特即可实现量子霸权,即在特定问题上的表现超过世界上最好的超级计算机。“但现在的情况根本不可能,你需要用更多的量子比特去保护这50个。”

包括丁洪在内的一批凝聚态物理学家借鉴了粒子物理学家寻找的“正反同体”的马约拉纳费米子,想到把一个量子比特“一分为二”,在具备量子态基本特点的同时克服了稳定性方面的弱点,有望用50个量子比特实现真正的量子霸权。

丁洪相信,纯粹用超导比特很难造出大规模的量子计算机。“如果有人造出拓扑量子比特,那相当于造出了量子计算机的‘三极管’。”

他欣慰地注意到,国内在拓扑量子方向上发展迅速,从理论、材料到实验方面都做出了很好的成绩。

满三年卸任未来科学大奖科学委员会委员后,丁洪接下了一个新任务:作为程序委员会主席筹划未来科学大奖周。

在为其五天的活动中,生命科学奖、物质科学奖、数学与计算机科学奖的得主不仅会作学术报告、与青少年发生对话,还会邀请近百位顶尖科学家参与讨论,其中院士级别的占到26%。

丁洪剧透道,诺奖得主、量子霍尔效应发现者冯克利青(Klaus von Klitzing)欣然接受了邀请,石墨烯超导“魔角”的发现者、中科大神童曹原的导师Pablo Jarillo-Herrero亦然。此外,引发广泛关注的“黑洞拍照团队”也会不负众望地出席。

借此,丁洪希望不仅给相关专业的青年科研工作者带去启发和激励,也不忘科学传播的价值。在以往的公众科学活动中,他意外发现中小学生的家长和产业界人士具有极大的热情。为此,大奖周将奉上前沿的科学讯息和激动人心的科学时刻。

(责任编辑:DF378)

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