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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

武铁8列智能复兴号高铁跑春运 商务座一人一舱******

车轮做B超

　　□楚天都市报极目新闻记者 潘锡珩 摄影：楚天都市报极目新闻记者 李辉 通讯员 胡杰

　　2023年的春运大幕7日开启。春运前夜，华中最大的动车组检修基地——武汉动车段内，200余组动车组列车整装待发。极目新闻记者了解到，去年，中国铁路武汉局集团公司首次配属了8组智能复兴号高铁，今年是它们首次加入春运运输，将为旅客带来更加优质的乘车体验。

　　智能复兴号全车多处优化升级

　　2022年6月，随着京广高铁京武段常态化按时速350公里高标运营，中国铁路武汉局集团公司首次开行复兴号智能动车组，截至目前，武铁共有8组智能复兴号高铁，今年是首次加入春运运输任务。

　　6日下午，极目新闻记者在武汉动车段登车，现场感受新升级复兴号高铁的魅力。

　　与一旁的普通复兴号相比，CR400AF-Z型智能复兴号在车身涂装方面明显不同。普通复兴号银白色的车身上，装饰线条为大红色的直线，“复兴号”三个大字的颜色为黑色。而智能复兴号车身，除了大红色直线条，还有一条红橙黄三色的飘带贯穿全车，整体给人飘逸灵动的感觉，“复兴号”三个金色大字更加醒目。

　　进入车厢，不论是商务座、一等座还是二等座，智能复兴号在诸多细节方面都进行了优化升级。商务座采用全新的“鱼骨式”布局，实现了区域分隔，一人一舱，提升了私密性。同时还有无线充电、无线投屏等新功能。一等座席增加电动调节腿托以及USB接口数量，在座椅后背设置了抽拉式小桌板，使用更方便，稳定性更强。二等座席在座椅后方增加了USB充电接口，小桌板上的杯托凹槽也加深了，水杯在时速350公里的列车上也能纹丝不动。

　　记者注意到，车厢里许多部位都增加了盲文标识，无障碍车厢还配备了更宽的通过门，无障碍卫生间、专门的轮椅放置区都可以最大限度满足残疾人等特殊人群的出行需求。

　　如何买到复兴号智能动车组车票？据介绍，在铁路12306APP上购票时，普通复兴号列车在车次左上角有“复兴号”标签，智能复兴号则有“复兴号”和“智能动车”两个标签，非常醒目便于查找。

　　列车回库后全方位保养检修

　　6日是2023年春运大幕开启的前一天，武汉动车段多个岗位的工作人员都在对这趟智能复兴号列车进行全方位的检修、维护和保养，确保它以最完美的状态参加春运运输。

　　“智能复兴号高铁列车设备更先进、功能更强大，所以我们在日常维护的时候也更加细致。”武汉动车段武汉动车运用车间地勤机械师张洋6日告诉记者，他们7人分为三个小组，按照不同侧重对车厢客室进行维护保养。

　　下午3时许，因为同时还在进行另外的检修项目，列车暂时不能送电，因此车厢内一片漆黑。张洋和同事们人手一个手电筒，从车头到车尾，一边走一边看。“没电的时候我们就主要看机械部分，比如座椅转动是否流畅，靠背、小桌板是否完好等等，一会儿列车送电后我们再看电子部分，比如充电插座是否有电、电动座椅调节功能是否正常等等。所有旅客接触到的部分，我们都要确保功能完好。”

　　张洋介绍，每列动车组列车按照不同的等级，维护保养检修的项目也不尽相同。日常整备修全套下来，需要2个多小时，一般都是见缝插针在每天夜里进行，必须保证列车次日正常出库上线运行。更高级别的修程则需要列车停放在库内，一套标准作业流程下来，大约需要一天时间。

　　车轮做“B超”探伤确保安全

　　除了列车车厢内设施设备的检修，另一个更重要的任务也在同时进行——车轮探伤。走出车厢来到车下，记者看到机械师毛柯和同事正在忙碌。

　　毛柯轻点鼠标操作仪器后，列车底部一支黄色的机械臂开始向车轮喷水，同时车轮被微微抬起，两个探头紧贴车轮踏面，然后车轮开始缓缓转动。一旁仪器的屏幕上，一组组数据陆续呈现。

　　“我们这是在为高铁列车的轮辋、轮辐进行探伤，确保列车行驶安全。”毛柯介绍，私家车的轮胎状况非常影响行车安全，高铁也是一样，轮对系统如果出现剥离、压根等缺陷，哪怕这些问题小到用肉眼无法发现，也将对高速行驶的列车造成重大安全隐患。因此，列车达到一定的行驶里程后，必须按相关规范对列车轮对系统进行专业探伤。如果发现有问题，就必须第一时间处理。

　　探伤时为何要向车轮喷水呢？毛柯介绍，这台探伤仪器的工作原理和医院的B超极为相似。“B超是利用超声波反射成像的技术，当B超探头和皮肤之间存在空隙，超声波的反射就会被空气阻碍，导致内脏真实情况无法探知。而在涂抹润滑器起到耦合作用后，探头和皮肤间的空隙会被填充，空气会消失，超声波就不会被空气影响。我们在探伤时使用水的道理也是一样的，根据部位的不同，有时候也会使用油脂。”

　　据了解，在使用探伤仪器前、仪器后，还需要进行两次人工校准，以确认探伤数据的准确无误。记者看到，毛柯将探伤仪器安放在轨道一头的一只黄色车轮上。“这是样板轮，人工预设了多处缺陷，只有探伤仪全部准确无误发现，才能证明刚才对车轮的探伤结果真实有效，否则这组数据就不具备参考价值，需要重新探伤。”

　　“动车医院”内近千人通宵奋战

　　华中地区最大的动车组检修基地——武汉动车段，承担着京广高铁、汉宜铁路、武孝城际、郑渝高铁等线路的动车组检修任务，它被称为“动车医院”。2023年春运，武汉动车段配属的233组动车组将全部投入运用。

　　据介绍，每晚，武汉动车段都有近千名干部职工奋战在一线，全力为春运提供优质动车组。春运期间，每一个检修作业小组每晚都要对数千颗螺栓、上百个关键部件进行外观检查，对全车整个系统进行功能性实验、全部旅客服务设施状态确认。每确认一个部位都要打上一个粉笔标记，一晚上要打上千个标记，每人每夜走3万多步，弯腰低头上万次。

　　为保证检修效率和质量，“动车医生”查看的每一个螺栓和部件都有着明确要求，经过长时间练习，他们每一个跨步、后侧步、蹲下、抬头等动作都非常规律和迅速，节奏非常紧凑，犹如在翩翩起舞。

　　春运期间正值一年中最冷的时候，如果夜间温度低于0℃，就会有专人对动车组进行保温作业。“动车组管线路较多，车体温度过低易导致动车组水路系统结冰使供水管路冻裂。我们要启动列车保温装置，确保次日上线始终处于最佳状态。”

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）