世界要聞：一所西部院校取得世界級科研成果的背后

“它是距離我們最近的脈沖星風(fēng)云之一，大概只有900光年。”

前不久，在廣西大學(xué)召開的成果發(fā)布會(huì)上，該校天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)青年教師、副教授謝斐指著一張科幻感十足的照片，介紹她作為唯一第一作者和通訊作者發(fā)表在國際頂級期刊《自然》上的最新發(fā)現(xiàn)《船帆座脈沖星風(fēng)云X射線偏振趨近同步輻射理論極限》。

照片上發(fā)出紫色光暈的雙環(huán)是船帆座脈沖星風(fēng)云的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在中心快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)射出射電、X射線、高能伽馬射線等不同波段的光輻射，在兩邊產(chǎn)生對稱的環(huán)。謝斐及其合作者通過X射線成像偏振望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)船帆座脈沖星風(fēng)云存在極強(qiáng)的偏振，這是人類目前在高能波段探測到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源。

(資料圖片)

中科院院士、中科院國家天文臺臺長常進(jìn)對此評價(jià)，該成果以極高的精度測量到船帆座脈沖星風(fēng)云接近同步輻射理論極限的X射線偏振度，這是人類歷史上的首次。

這也是廣西本地單位第一次完成單位在《自然》發(fā)文的歷史性突破。廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人感慨道，這是“十年磨一劍”厚積薄發(fā)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

打開新的窗口，發(fā)現(xiàn)宇宙中的驚喜

凌晨3點(diǎn)，謝斐結(jié)束了一天的工作。在四下無人的廣西大學(xué)校園里騎著電動(dòng)車，興奮地和學(xué)生談?wù)撝惶斓目蒲羞M(jìn)展。從2022年5月初拿到源數(shù)據(jù)開始，謝斐帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就時(shí)常奮戰(zhàn)到凌晨，直到當(dāng)年6月將撰寫的文章順利投稿。

作為仰望蒼穹的一員，謝斐表示科研突破的取得并非朝夕之功，而是一個(gè)長期積累的過程。2011年，謝斐在中科院高能物理研究所開始碩博連讀。2016年博士畢業(yè)時(shí)，她堅(jiān)定地選擇將X射線偏振作為研究的方向。

“這些年，我的同行所做的研究越來越具有挑戰(zhàn)性。”謝斐說，在高能天體物理這一塊，電磁波是最主要的天體信使，能量、時(shí)間、位置、偏振是電磁波的4個(gè)維度特性。在過去幾十年間，能量、時(shí)間、位置這三個(gè)維度，科學(xué)家已經(jīng)做了大量的研究，來幫助我們理解宇宙是怎樣誕生和演化的、星體是怎么產(chǎn)生的。在這種情況下，增加偏正這個(gè)維度，可以幫助我們觀測和理解這個(gè)宇宙打開一個(gè)新的窗口。

博士畢業(yè)后，謝斐分別在瑞典和意大利的科研團(tuán)隊(duì)從事高能偏振探測技術(shù)的相關(guān)研究。在意大利國家天體物理研究所，她參與到由美國航空航天局（NASA）和意大利航天局（ASI）聯(lián)合研制的IXPE望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，并通過組內(nèi)競爭獲得了一手?jǐn)?shù)據(jù)的分析主導(dǎo)權(quán)。

IXPE是成像型X射線偏振望遠(yuǎn)鏡（Imaging X-ray Polarimetry Explorer）的簡稱，該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月9日從美國肯尼迪航天中心搭乘運(yùn)載火箭發(fā)射。當(dāng)時(shí)，謝斐已經(jīng)回國，在廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院任職副教授，組建研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展研究。謝斐對IXPE望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)數(shù)據(jù)充滿了期待。“在觀測剛進(jìn)行幾天的時(shí)候，意大利的合作成員告訴我這個(gè)源可能非常高偏，那時(shí)候我就開始興奮了。”

拿到數(shù)據(jù)后，謝斐幾乎沒有過休假，通常半夜12點(diǎn)才從辦公室回家，每周還有三四個(gè)凌晨和國外團(tuán)隊(duì)開會(huì)討論。“可能大家會(huì)覺得我的工作是抬頭看星空，很浪漫，但其實(shí)大部分時(shí)間我們都是坐在電腦前處理數(shù)據(jù)。”有時(shí)候同事在微信群聊里組織周末的戶外活動(dòng)，謝斐也只能婉拒。“我感覺回國后每天除了辦公室，基本上就在學(xué)校溜達(dá)了，來南寧1年多，我去到市區(qū)還可能會(huì)迷路。”

劉寬是謝斐在廣西大學(xué)帶的博士生，在謝斐的引薦下加入到IXPE國際合作團(tuán)隊(duì)。在劉寬眼里，謝斐在科研上是一位喜歡“打破砂鍋問到底”的老師。項(xiàng)目剛啟動(dòng)時(shí)，大家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了一個(gè)異常。“當(dāng)時(shí)組里的同學(xué)對此并沒有在意，但謝斐老師堅(jiān)持要把它研究清楚。”于是團(tuán)隊(duì)花了3天時(shí)間，最后證明這個(gè)數(shù)據(jù)異常是由于太陽活動(dòng)引起，如果放棄研究可能會(huì)引起分析上的誤差。

經(jīng)過一個(gè)多月的數(shù)據(jù)挖掘，謝斐團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了驚喜。研究團(tuán)隊(duì)觀測的船帆座脈沖星風(fēng)云是目前已知最亮的脈沖星風(fēng)云之一。該研究報(bào)告了對脈沖星風(fēng)云內(nèi)部核心區(qū)域的X射線偏振觀測，局部的偏振度超過60%，接近同步輻射理論預(yù)言的極限值。這是人類目前在高能波段探測到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源，它讓科學(xué)家對脈沖星風(fēng)云里的粒子加速機(jī)制有了新的認(rèn)識。

“我們可以想象宇宙中的很多物理過程是很激烈的，比如黑洞吞噬物質(zhì)，星星被撕裂，宇宙深處劇烈的爆炸等。但是我們看到船帆座脈沖星風(fēng)云X射線輻射這么高偏，表明它所處的環(huán)境里面磁場非常有序，基本上不存在什么擾動(dòng)。”談及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，謝斐話語間難掩驚喜。

有組織的科研就像守住山頭打野豬

對于謝斐取得的成果，廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人梁恩維教授評價(jià)其為“十年磨一劍”。謝斐從本科畢業(yè)一路走到博士后，整整10年的時(shí)間一直浸潤在空間探測的研究領(lǐng)域中。當(dāng)其他人在享受發(fā)文章得到的榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，謝斐甘坐冷板凳，潛心專注自己的科研領(lǐng)域。

而作為孕育謝斐團(tuán)隊(duì)成果的重要一站，廣西大學(xué)這所位于邊疆的地方高校也經(jīng)歷了“十年磨一劍”的深耕過程。梁恩維說，在物理學(xué)院，有位叫劉宏邦的教授。他在數(shù)十年的教學(xué)生涯中，培養(yǎng)了大批有社會(huì)關(guān)懷、家國情懷的青年科研拔尖人才。謝斐也談到，自己之所以來到廣西大學(xué)，也是因?yàn)槭挚粗貏⒑臧罾蠋熢诳臻g粒子探測技術(shù)方面的研究。

“劉宏邦老師剛來院里工作時(shí)月工資才4000多元，但他沒有一句埋怨，就是帶著一幫青年教師從零做起。”梁恩維說，在2012年，物理學(xué)院的年輕教師團(tuán)隊(duì)就開始鋪就自己的科研之路。對于一所科研條件比較薄弱的西部院校而言，那些馬上可以摘果的研究難以爭取，唯有長期的刻苦磨煉才能有所突破。

“一定要沉下心來做基礎(chǔ)研究。”這是廣西大學(xué)科研院常務(wù)副院長王祥高在采訪中反復(fù)談及的經(jīng)驗(yàn)。在他看來，想有所突破，團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行有組織的科研，關(guān)注“做什么”和“什么人去做”。對于“做什么”，王祥高說，圍繞著國家重大科學(xué)計(jì)劃和國際重大前沿去做，要有前瞻性的布局。而關(guān)于“什么人去做”，他認(rèn)為對年輕人的培養(yǎng)至關(guān)重要。“我們現(xiàn)在的人才引進(jìn)，并不是說有多少文章就能夠進(jìn)來，還需要緊跟我們的研究方向，并對其工作能力和未來的潛力進(jìn)行評估。”

據(jù)介紹，廣西大學(xué)物理學(xué)院實(shí)行的是PI制（學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人制度），在學(xué)院資金支持下，教師自己組團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目，讓各團(tuán)隊(duì)在自己的研究方向里自由探索。而為了保證大家的學(xué)術(shù)自由，從2018年開始，每個(gè)剛來到物理學(xué)院的年輕教師都可以擁有獨(dú)立的PI，以科學(xué)興趣組成團(tuán)隊(duì)。

從廣西十萬大山里成長起來的梁恩維教授，把學(xué)術(shù)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)通俗比喻為農(nóng)村中的打豬團(tuán)隊(duì)，共同目標(biāo)是打到野豬。團(tuán)隊(duì)各個(gè)成員根據(jù)自己興趣和特長（資源）加盟，在共同目標(biāo)下保證年輕人的發(fā)展各有方向，從而實(shí)現(xiàn)有組織的科研。“在農(nóng)村打過野豬都懂得一點(diǎn)，安排誰守在哪個(gè)山頭得先提前布置好，然后才去趕野豬的。否則一直跟在野豬屁股后面的話，你永遠(yuǎn)趕不上它。圍追堵截，必須周密布局。”

在一系列科研布局下，廣西大學(xué)物理學(xué)院近年來取得了不少重大科研成果。2020年年底，該校天體物理團(tuán)隊(duì)參與利用國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST取得關(guān)于宇宙快速射電暴研究重大突破，列入2020年國際十大科技進(jìn)展。2021年5月，該團(tuán)隊(duì)作為合作組成員單位參與的“高海拔宇宙線觀測站”項(xiàng)目，探測到了至今能量最高的宇宙線光子，突破了人類對銀河系內(nèi)超高能粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了超高能伽馬天文學(xué)的時(shí)代。

前沿探索離不開國際化視野

然而，中國的高能物理研究要想走在國際前沿，離不開研究人員國際視野的拓寬。作為骨干參與該項(xiàng)研究的博士生劉寬認(rèn)為，謝斐與意大利國家天體物理研究所的合作關(guān)系引導(dǎo)了他們的研究，也促成了這項(xiàng)重大成果歷史誕生。“如果謝老師沒有去意大利的話，我們是沒有辦法參與到這個(gè)項(xiàng)目中的。”劉寬說。

而對于謝斐來說，無論是老師還是學(xué)生，研究科學(xué)技術(shù)必須具有全球視野。謝斐透露，自己每天都會(huì)閱讀最新的國際前沿學(xué)術(shù)文章，看其他人做到了什么樣的程度，作為基礎(chǔ)性的知識獲取。在她辦公室的黑板上，有一個(gè)特殊的榜單——“恥辱榜”，上面記錄著她的學(xué)生在開國際會(huì)議時(shí)，能聽懂的英文比例。“我想督促他們能時(shí)時(shí)看到這個(gè)數(shù)據(jù)，知道自己的英文水平有多慘。”謝斐解釋說，在國際團(tuán)隊(duì)里，要想獲取最新的資訊和最前沿的科學(xué)進(jìn)展，英語是最基本的工具。

在這份“恥辱榜”上，劉寬是能聽懂英文內(nèi)容最多的學(xué)生，而他表示自己在老師指導(dǎo)下也在持續(xù)進(jìn)步。“謝老師會(huì)直接讓我去發(fā)郵件，跟國外頂尖的導(dǎo)師們互動(dòng)，還會(huì)幫我修改郵件內(nèi)容。也會(huì)經(jīng)常帶著我們?nèi)ラ_國際會(huì)議。”

謝斐在采訪中說，自己覺得做科研和爬山有點(diǎn)相似。有一次，她和朋友去爬華山。當(dāng)時(shí)大家在山腳下都被賣纜車票的人忽悠說“今天爬不到頂”，就干脆坐纜車到了山頂。只有謝斐一個(gè)人爬了上去，“自己爬上去的，跟坐車上去的感覺是不一樣的”。

接下來，她會(huì)繼續(xù)在廣西大學(xué)提供的科研沃土上，通過觀測微觀世界中的“無窮小”，去發(fā)掘“無窮大”的宇宙圖景。