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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）

超级月亮、流星雨……2023年天象剧场“节目单”来了******

　　2023年天象剧场“节目单”来了

　　今年的“超级月亮”出现在8月31日，并且8月2日和9月29日的两次满月距离地球也比较近。9月29日正好是中秋佳节，当天17时58分，将有一轮又大又圆的月亮从东方升起。恰逢农历兔年，玉兔望月别有一番意境。

　　◎本报记者 张 晔

　　1月4日，“大名鼎鼎”的象限仪座流星雨闪亮登场，为全年的天象大戏拉开了序幕。

　　那么，2023年还有哪些精彩绝伦的天象呢？天文爱好者该如何观测这些天象？近日，中国科学院紫金山天文台科普主管王科超在接受科技日报记者采访时，盘点了今年值得关注的天象“节目单”，方便大家共赏天宇奇观。

　　日月食的遗憾超级月亮来弥补

　　2022年虽然有过两次月全食，但日全食、日环食却缺席了。2023年，将上演震撼人心的日食，而且会带给我们一次罕见的日全环食天象。

　　王科超告诉记者，2023年共将发生两次日食、两次月食，两次日食分别发生在4月20日和10月14日，月食分别发生在5月5日和10月29日。其中，4月20日的日食最值得期待，这是一次罕见的日环食加日全食(日全环食)。

　　日全环食带从印度洋南部开始，经过澳大利亚西北部、东帝汶东南部，印度尼西亚的亚马鲁古省、巴布亚省，在太平洋西部结束。不巧的是，我国只有浙江的极东南部、福建的东南部、广东东南部、海南东南部和台湾地区能见到食分很小的日偏食，南海诸岛能见到食分0.2—0.5的偏食。

　　作为一次稀有的特殊天象，虽然日全环食带大部分地区位于茫茫大海之上，不易观看，但依然值得期待，我们可以通过直播等方式，一同见证今年最壮观的天象。

　　10月14日发生的日环食我国则完全看不到。环食带从太平洋东北部开始，经过美国、墨西哥、洪都拉斯、尼加拉瓜、巴拿马、哥伦比亚、巴西，在巴西东部的大西洋洋面上结束。

　　今年的两次月食我国均可见，但却都不太“好看”。5月5日的半影月食，从当日23时持续至次日凌晨，但是半影月食发生时，月面的亮度只是稍微变暗一些，肉眼不易察觉；10月29日的月偏食发生在后半夜，且食分只有0.128，看起来不会太壮观。

　　对于中国的天文爱好者来说，2023年的日月食不免让人觉得遗憾，不过还是有一份“小礼物”——“超级月亮”值得我们期待。

　　2023年是农历的闰年(闰二月)，因此有13个满月(望)。其中8月会出现两次满月(8月2日和8月31日)。在西方，一个公历月中的第二个满月被称为“蓝月亮”，当然月亮并不会变成蓝色。

　　如果满月恰好发生在月球过近地点附近，那么满月看起来会比平时更大、更亮一些，这就是“超级月亮”。今年的“超级月亮”出现在8月31日，并且8月2日和9月29日的两次满月距离地球也比较近。其中，9月29日正好是中秋佳节，当天17时58分，将有一轮又大又圆的月亮从东方升起。恰逢农历兔年，玉兔望月别有一番意境。因此，对于中国天文爱好者来说，八月十五的天宇尤其值得关注。

　　在三大流星雨下许下心愿

　　“陪你去看流星雨落在这地球上，让你的泪落在我肩膀……”曾经一首《流星雨》打动了多少人的心，而在流星雨下悄悄地许个愿也成为很多人的梦想。今年北半球的3场流星雨观测条件都不错，将是人们许下心愿的最佳时机。

　　一般来说，全年大大小小的流星雨多达几十至上百场，但多数情况下，值得观测的也只有北半球三大流星雨：象限仪座流星雨、英仙座流星雨和双子座流星雨。

　　这三大流星雨可以说是各有各的特点，比如象限仪座流星雨是以已经不再使用的近代星座命名的流星雨；英仙座流星雨是唯一一个出现在夏季的流星雨，也是观测条件最舒服的一个；而双子座流星雨可以说是最稳定、观测概率最高的流星雨。

　　英仙座流星雨极大期在暑假期间，其舒适的观测条件和合适的时间，吸引了许多学生天文爱好者的目光。根据国际流星组织预报，2023年英仙座流星雨极大期大约出现在北京时间8月13日15时—22时，天顶每小时出现率可达100。极大期前后月相为残月，月亮一直到凌晨才会升起来，且月光比较微弱，对观测几乎没有影响。

　　根据国际流星组织预报，2023年双子座流星雨极大期预计出现在北京时间12月15日3时，天顶每小时出现率可达150。当天月相为刚过朔日，月光对观测没有任何影响。

　　此外，12月13日、14日两晚也都是不错的观测时机，尤其是14日晚9点到日出前，大家千万别错过。因为12月13日天黑后不久双子座便已经出现在东方天空，随着辐射点逐渐升高，流星的数量也会不断提升。

　　王科超提醒，象限仪座流星雨和双子座流星雨都发生在冬季，户外天气寒冷，外出观测要做好防寒保暖措施。英仙座流星雨虽然发生在夏季，但天文爱好者也要密切关注本地天气预报，提前选择最佳的观测地点。

　　内行星、外行星各有各的精彩

　　在太阳系中，我们把地球与太阳之间的行星称为内行星，水星和金星就是内行星；把地球绕日运行轨道之外的行星称为外行星，火星、木星、土星、天王星、海王星就是外行星。

　　水星和金星多数时间都淹没在太阳的光辉中，最佳观赏期是东西大距(大距即从地球看起来，内行星距离太阳角距离最大的时刻，此时内行星离太阳最远，最容易观测)。

　　今年，水星总共有6次大距，分别是1月30日、5月29日、9月22日的西大距；4月12日、8月10日、12月4日的东大距。其中，1月30日西大距、4月12日东大距及9月22日的西大距观测条件稍微好一些。

　　金星有两次大距，分别是6月4日的东大距和10月24日的西大距。由于金星比较明亮，所以也未必需要在大距的时候观测，大距前后一段时间，我们都可以观察金星。

　　3月初至7月上旬，日落时金星都会维持30°以上的地平高度，人们非常容易在傍晚的余晖中找到它。之后金星会迅速靠近太阳，从昏星变为晨星。从8月底开始，金星会出现在日出前的东方天空，且高度会逐渐提高，我们又将迎来观察金星的好时机。

　　值得一提的是，今年3月24日，还会发生一次难得的月掩金星天象。这次月掩金星在非洲南部、印度洋、亚洲南部都可以看到。届时，金星的亮度在-3.9等，月相为蛾眉月。随着时间的推移，月亮慢慢地遮住了明亮的金星。我国南方的天文爱好者可以在西方夜空看见月掩金星，北方的天文爱好者们则无此眼福。

　　外行星的最佳观赏期是冲日前后。也就是外行星运行到与太阳、地球形成一条直线的状态。一般来说，此时行星最亮，也最适宜观测。

　　今年外行星的冲日日期为：8月27日土星冲日、9月19日海王星冲日、11月3日木星冲日、11月14日天王星冲日。2023年没有火星冲日。总体来说，观测外行星大多需要借助望远镜，不如观测内行星那样便利。

　　“公众和天文爱好者可以根据自己的喜好选择合适的观测时机，记录下美好的时刻。”王科超说。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）