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李政道研究所:顶级科学历练营

日期:2017/3/10 作者: 陈冰 阅读 ( 43527 )【 来源 : 新民周刊 】
阅读提示:李政道研究所意在中国建立一个世界顶级研究所,吸引一群世界上最顶尖的科学家,从事物理与天文方面最前沿的科学研究,实现我国基础科学前沿研究的“领跑”升级。
记者|陈 冰
 
      “在20世纪,有两个全世界瞩目的科学研究中心,吸引了全世界最杰出的科学家在一起探索自然界的奥秘:一个是成立于20年代的丹麦玻尔研究所,另一个是成立于30年代的美国普林斯顿高等研究院。”在李政道研究所成立大会上,中科院院士、时任上海交大校长张杰如是评价。
  “毫不夸张地说,两个研究机构的成就改变了人类对自然世界基本规律的认知,促进了人类文明进程并对世界经济格局形成了巨大影响。”
  在过去的30多年里,中国物理学的前沿基础研究在多个领域已经从“跟跑”发达国家发展到“并跑”阶段,这些前沿领域包括中微子振荡、铁基超导、拓扑量子材料和量子信息等。中国科学家在这些领域取得了引领性的重大研究成果。令人略感遗憾的是,在中国甚至整个亚洲至今还没有出现世界顶级学术研究机构。
  基于我国科学技术与社会经济的持续高速发展和学科交叉在基础研究领域的发展趋势,为充分发挥基础研究在科技创新方面的引领作用,著名物理学家、首个华人诺贝尔奖获得者李政道先生于2014年12月建议参照对世界科学发展有巨大影响的丹麦玻尔研究所在中国建立一个世界顶级研究所,吸引一群世界上最顶尖的科学家,从事物理与天文方面最前沿的科学研究,形成自由探索的学术氛围,历练一批属于我国自己的顶级科学家,推动物理学及其交叉学科研究的重大发展,实现我国基础科学前沿研究的“领跑”升级。这个建议得到了党和领导人的高度重视。
  2016年5月,科技部、教育部和上海市政府共同决定:以李政道的名字命名,上海交通大学作为承建和托管单位,在上海创建一个世界研究所。在上述单位和国家自然科学基金委的共同支持下,李政道研究所于2016年11月28日在上海交通大学正式挂牌成立。
   
高端“3+1”
 
  “十三五”期间,国家在上海打造张江综合性国家科学中心,将大力推进高水平研究机构集聚张江,加快布局建设一批的创新平台和机构。去年11月成立的李政道研究所有望成为其中一颗璀璨的明珠。
  旨在为学术大师、顶级科学家和优秀青年学者提供一个交流、合作和研究的高端平台的李政道研究所,期望历练出一批引领未来科技发展的顶尖学者,产出一批能影响人类文明和社会进步的重大科技成果,为把我国这样一个全球第二大经济体建成为世界级的科技中心和经济中心做出重大贡献。
  李政道研究所资深教授季向东在接受记者采访时指出,作为世界顶级的研究所,应当拥有若干个国际顶级的学术大师。当年,丹麦玻尔研究所有19位诺贝尔奖获得者工作过,美国普林斯顿高等研究院有31位诺贝尔奖获得者工作过。一方面,学术大师标志着研究所的学术水准,能更加准确地把握科学前沿问题的重要性和迫切性。拥有国际顶级学者有利于引领研究团队进入到最重要的科学研究方向上去,也有利于培养青年研究人员。另一方面国际顶级学术大师是研究所的“旗帜”。他们能够扩大研究所的影响,更好地吸引一流的科研人员参与研究所所举办的各类学术交流和讨论活动,吸引世界各地的青年才俊加入到研究所的研究中来,吸引优秀的学生来所深造。因此李政道研究所将努力争取到一批国际顶级的学术大师加盟。
  “今年已经向海外四五位青年科学人才抛出了‘绣球’,其中不乏华裔科学人才。”季向东说,初步计划用3至5年,面向全球招聘10位左右学术大师级科学家,20位左右的资深科学家以及30位左右的杰出青年学者,并吸收国内相关领域一流研究机构中非常活跃的顶级学者以双聘的形式加盟,最终连同高级访问学者、博士后和博士研究生等流动人员,以及其他工作人员在内,研究所的规模将达到600人左右。
  建立顶级研究所的目的之一是进行顶级的科学研究。李政道研究所将以一批世界顶级的物理学家作为核心,在一些重要的科研方向上建立研究部,每个研究部建立若干研究团队,面向物理学及其交叉学科的重大科学问题开展前沿研究。在物理学及其交叉学科前沿领域产出引领性重大成果的同时,推动我国相关领域的人才培养和科技创新。
  物理学发展到今天,类似于20世纪初,又出现了两朵“乌云”,即暗物质与暗能量。暗物质和暗能量的发现让人们得知从能量角度来看,还有约95%的世界是我们基本不了解的。暗物质和暗能量这两朵“乌云”的驱散意味着即将发生一系列的重大发现和变革。暗物质和暗能量的可能存在是通过天文观测产生的两个重大科学问题,但其最终解决也必须从基本粒子的角度来着手探究。因此,暗物质和暗能量把粒子物理和宇宙学紧密地联系到了一起。
  一个世纪前,当人们具备条件开始触及到原子和分子层次时,量子力学孕育而生。量子力学的出现决定性地改变了人们对物理规律的认识。经过一个世纪的发展,量子力学不仅加深了人类对物理规律的认识,而且根本地改变了人们的生活。在现代生活中,到处都充满了量子力学的应用。但对于量子力学的本质,人类依然没有认识清楚,近年来量子力学的新现象层出不穷。
  基于这些原因,李政道研究所将聚焦最前沿的科学研究,解决最重要的基础科学问题。将主要研究定位为研究宇宙最小尺度的粒子物理、研究宇宙最大尺度的天文与天体物理以及对人类生活影响最大的量子物理与应用技术三个方向。围绕关键性前沿问题进行课题布局,变过去的“跟跑”“并跑”为“领跑”。解决这些重大科学问题中的任何一项重大突破都可能属于顶级的重大研究成果。
  在针对重大科学问题开展前沿研究的同时,李政道研究所将建设一个国际顶级的学术交流平台。每年在国际上公开征集学术交流项目,国际顾问委员会针对物理学及相关交叉学科的最新发现或研究趋势,以及研究所开展的科研领域进行遴选。每个学术交流项目将开展为期一至两个月的讲座、交流和研讨。在这期间,项目参与者一般会被要求在研究所访问一个星期以上,开展充分、深入的交流和讨论,促进相互之间的合作。在项目后半期,将伴随有一个本领域的国际前沿学术会议,吸引活跃在本领域的专家学者参加,报告他们的最新研究成果,推动本领域的发展。
  对于国内相关领域的专家学者,包括优秀青年学者、博士后和研究生等,这些学术交流项目在开阔国际化视野、把握前沿领域的发展方向,以及提升我国在这些领域的整体水平将起到至关重要的推动作用。
  季向东说,作为国际顶级的研究所,也应将科学普及作为自己的责任和义务。因此科普工作也是李政道研究所的一个重要功能。计划将通过公众报告、新闻、微信推送、撰写科普文章、设立科普开放日等等方式向公众宣传和解读最新的科学发现,使公众能够及时了解最新科技发现和创新成果。与此同时,与上海交通大学一起举办中学物理教师研讨会和中学生夏令营,增进中学物理教师对物理学及其交叉学科前沿发展的了解和把握,提升中学生对物理学及相关交叉学科的兴趣,为中学生参与科技创新提供指导服务,培养中学生的科学思维和研究能力,将李政道研究所建设成为一个有特色的科学普及教育基地。
  简而言之,李政道研究所的功能主要是“3+1”:一是世界顶级科学家集聚地,二是国际交流平台,三是引领科学发现、有世界领先的物理实验;“+1”则是科普基地,让科学“接地气”。
 
制度设计与盖大楼同步推进
 
  作为承建单位和依托单位,上海交通大学专门成立了李政道研究所建设指挥部,指挥部办公室设在上海交大闵行校区。办公室主任赵昕告诉记者,李政道研究所将是张江综合性国家科学中心的一个重要组成部分,将落户张江,在市发改委和浦东新区的支持下,目前选址工作正在进行。规划建筑总面积为10万平方米,其中2万平方米用于科研实验,李政道研究所计划建成一个现代化的园区,向世界顶级科学家提供国际一流的研究环境和舒适的生活环境。
  “研究所的制度设计和落实,比盖大楼难得多。”赵昕说。季向东教授也认为,要建设一个世界顶级的研究机构,必须要有相应的投入和可行的机制,只有这样才能吸引到顶级的科学家和活跃在科学前沿的杰出学者到李政道研究所工作。由于我国社会经济和科学技术等方面均处于快速发展和升级转型时期,如何保障引进的顶级科学家和杰出的青年学者能长期在我国工作,也是需要有相应的机制和环境的建设。为此,李政道研究所目前正在根据国际上顶级研究机构的特点、投入和结构,结合我国科技发展的状况和实际,制定一整套科学的运行机制。在人才引进方式上,季向东教授指出,计划参照国际同类研究机构做法,探索在薪酬、子女就学、医疗保障等方面的“接轨”。
  目前,李政道研究所不仅招到了多名海归,还将聘请一位诺贝尔物理学奖得主出任所长。据透露,这个人选已基本确定,是一位美国物理学家,得到李政道先生的推荐。他年富力强,享有很高的国际声望,对李政道研究所的创办理念也十分认同,愿意为中国科技进步做出贡献。“其实吸引是双向的。一方面大师的到来会吸引更多年轻学者,另一方面,更多的年轻学者也会让大师‘活力焕发’。”
  经费投入方面,目前李政道研究所由国家科技部、教育部、国家自然科学基金委、上海市政府和上海交通大学共同投入,在建设期间,将遵循我国通常的项目经费申请制,争取获得科技部、教育部、国家自然基金委、上海市的立项支持。建设期结束后,研究所将积极争取采用预算制经费投入模式。
 
打造“中国版索尔维会议”
 
  搭建国际的学术交流平台,也是吸引各国科学家来研究所工作、访问的重要途径。季向东教授介绍,一些知名研究所的重要功能,就是将国际学者聚集起来,围绕科学前沿的重要问题进行持续、深入的讨论。通过他们的紧密合作激发出对相关科学问题有活力和创新的想法,引发出有洞察力和重大的科学进步。如美国卡弗里理论物理研究所(英文简称KITP),每年吸引1000人左右参与各类交流活动,来访者的平均访问时间为36天。KITP因此被《Proceedings of the National Academy of Sciences》评为最有科学影响力的科学研究机构。
  借鉴类似于KITP成功经验,李政道研究所计划今年6月开展为期一个月左右的学术月活动,主题为“物理与拓扑”,邀请国内外相关领域的科研人员参加。与国际学术会议让外国科学家“来两三天就走”的情况不同,学术月活动要求来访者在上海停留更长的时间,从而使各国科学家的交流、合作更加充分深入,催生更多的科研灵感。今年学术月活动期间,李政道研究所还会与上海交大物理与天文学院联合举办“拓扑物质与量子信息国际研讨会”,促进和推动该领域的前沿发展。
  李政道研究所成立以来,暗物质实验研究团队与量子物理研究团队相继取得了一些世界瞩目的科研成果。在《科技导报》2016年度十项中国重大科学进展中,李政道研究所的科研成果入选了两项, 
  其一是在暗物质探索方面。暗物质是宇宙中不参与“电磁”和“强”相互作用的全新未知物质,是普通物质的5倍多。揭开暗物质微观粒子本质是21世纪物理与天文学最重要的科学目标之一。根据目前的主流理论,暗物质很可能是一种超出粒子物理标准模型的“弱相互作用重粒子”。30多年来,国际上多个实验团队在深部地下实验室对这类暗物质开展了直接探测,并通过不断提高探测灵敏度来逐步逼近预言的暗物质粒子存在的参数空间。  
  李政道研究所暗物质实验组在物理学国际顶级学术期刊Physical Review Letters (物理学评论快报)上发表封面文章,给出了500公斤级液氙探测器低本底运行80天暗物质探测结果。这是目前世界上正式发表的灵敏度最高、曝光量最大的液氙暗物质探测结果,对暗物质粒子的性质做出了最强的限制。这个结果比美国LUX合作组2015年正式发表的在大质量区原世界最灵敏结果好了近3倍。
  另外量子物理研究团队在实验室里成功捕捉到了物理学家寻找多年的一种神秘粒子——马约拉纳费米子。马约拉纳费米子是一种与其反粒子完全相同的特殊费米子,它不仅关系到超对称理论和暗物质,而且可能是拓扑量子比特的最优载体,在量子计算领域有巨大应用前景,一直是物理学界的研究热点。量子物理研究团队通过一种由拓扑绝缘体材料和超导体材料复合而成的特殊人工薄膜,在实验室里率先观测到了在涡旋中马约拉纳费米子的踪迹,引起国际学术界的高度关注。
  今年10月,李政道研究所将举办一个关于量子物理学的高端研讨会,计划邀请到多位诺贝尔奖获得者参加,深入探讨量子力学最前沿的问题,希望引领量子物理学新的发展。“我们要打造中国的索尔维会议!”季向东说。索尔维会议是20世纪初,比利时企业家欧内斯特·索尔维创立的物理、化学研讨会。1927年举行的第五届索尔维会议,堪称科学史上的重要事件,爱因斯坦、玻尔、普朗克、居里夫人等一批科学家与会,并留下了一张“全明星照”。李政道研究所能否成功举办“中国版索尔维会议”,让我们拭目以待。
  
链接:诺奖摇篮
 
  位于哥本哈根的玻尔研究所,以丹麦理论物理学家尼尔斯·玻尔命名,成为原子物理学及量子物理学的国际顶尖研究机构,其开放活跃的学术环境,吸引了欧洲乃至世界顶级科学家,孕育出一大批划时代的学术思想和创新成果,不仅开创量子力学,还形成哥本哈根学派。
  不到10年之内,普林斯顿高等研究院在新泽西州成立,汇聚了以爱因斯坦、冯·诺伊曼等为核心的一批诺奖级科学家,成为全球又一个理论物理研究中心。如杨振宁曾在高研院度过学术生涯的黄金岁月,丘成桐也受聘为其终身教授。
  之后,这两个科研院所分别产生了十余位诺贝尔奖获得者,他们原创成果触发了当代科技革命,对核技术、激光技术、半导体技术等产生了深远影响,也对欧洲和美国先后成为世界科技和经济中心起到了至关重要的作用。
 
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