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交大学霸他研究最前沿的暗物质,发高水 [复制链接]

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日前,上海交通大学物理与天文学院级博士研究生崔祥仪荣获“上海大学生年度人物”称号。

走近崔祥仪

崔祥仪:物理与天文学院级博士研究生

关键词:PandaXPRL暗物质两届国奖学术之星

暗物质,被科学家比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”。崔祥仪,上海交通大学物理与天文学院级博士生,就是尝试拨开这片乌云的一位青年研究者。

为了捕捉到宇宙中的暗物质“幽灵”,崔祥仪选择了加入中国最好的暗物质团队之一——PandaX。项目组在四川锦屏山下建设了首个极深地下实验室。长期位于米的地下,见不到太阳、远离人烟是崔祥仪学习研究生活的环境,而他却甘之如饴。

年本科毕业后,他断然放弃了假期,马上去往了大凉山参与实验运行。在锦屏的一个半月时间里,他了解到原来暗物质的研究不仅关系到原理的探索,还包含了低温、真空、构图、电子学、数据分析等知识。研一期间,他在研究生课程之外,坚持在交大的实验室中学习参与相关子系统的搭建与运行,通宵进行科学研究,早已成为家常便饭。

目前,PandaX下一阶段的实验已经开展,崔祥仪利用着自己储存的理论知识与实验经验,大胆创新,参与到了制冷、精馏、循环等诸多子系统的设计与搭建中,并在每一个系统中都有着自己独有的想法。得益于长期努力和积累,崔祥仪作为第一作者发表了3篇PRL文章,其中一篇作为PRL封面文章发表。

初为学徒

有人说,暗物质与中微子是目前粒子物理研究最为前沿的两个方向,其神秘的面纱至今还隐藏在宇宙的背景中,欧美等国已有着许多的实验团队为了了解它的本质而努力,寻找人类未知的世界中极难捕捉的“幽灵粒子”——暗物质粒子,这是当今粒子物理领域的一个前沿方向。

正是出于对于这世界最基本层面的好奇心,崔祥仪选择了加入中国最好的暗物质团队之一,PandaX,中文名为“熊猫计划”。

年,崔祥仪本科毕业后便收到了季向东导师发来的消息,询问是否想在开学前去实验室学习一段时间,本科时候的他就曾在大学物理实验中选择了钻研性最强的两个实验之一。听到这个消息,他很兴奋的登上了去往西昌的航班,期待着能够探索暗物质的神秘。虽然他顾虑害怕自己的能力与知识有限,无法融入实验组,但是当他来到了风景秀丽的锦屏山后,他意识到这藏在深山里的实验室就和藏在宇宙中的暗物质一样,需要有人去接近它,探索它,拥抱它,这样它才会展现出自己的魅力,让世界为之夺目。

PandaX暗物质实验是由上海交通大学牵头,国内多个合作单位(北京大学、山东大学、中科院上海应用物理研究所、中山大学、中国科学技术大学……等)参与的首个大型液氙暗物质地下直接探测实验。美国马里兰大学和密西根大学的科学家也参与其中。

实验场地位于中国四川省凉山彝族自治州的山洞里的一条隧道中,深埋在海拔近米的锦屏山。那是一个覆盖着多米岩石的极深地下实验室,被称为中国锦屏地下实验室。

而在锦屏的一个半月时间里,他了解到原来暗物质的研究不仅关系到原理的探索,还牵涉到低温、真空、构图、电子学、数据分析等知识,甚至还需要对机械的加工、螺丝的紧固方法都必须要了如指掌。他对科学研究也产生了敬畏之情,因为在这里他不仅看到老师与师兄们对于实验的努力热爱,也获得了彼此间亲如朋友的关怀与帮助。面对着无数崭新的知识点,他毫不退缩。他一面细心观察听取老师们做实验中的每个细节以补充自己实验操作的不足,一面自己查找数据资料与运行历史,寻找实验的原理。由于实验运行与科学理论上的不同,他逐渐摸索出实验中的规律,在解决问题中逐渐成长。

研一期间,他在研究生课程之外,坚持在交大的实验室中学习参与相关子系统的搭建与运行。由于PandaX实验初期系统的不稳定,需要有人远程通宵值班监控实验的运行情况,他甚至连续在值班后的第二个白天仍坚持去实验室为氙气过滤系统搭建钢架。

他经常为了解决实验中发现的一个疑问而待至深夜,但就是在这样不断的学习思考中,才对实验中各部分的构成有了深入的了解。毕竟,做科研的最大的好处是每天碰到的都是新问题,同时解决的也是新问题。他只是想要满足自己的好奇心,作为人类对宇宙与大自然的好奇心,回答人类关于宇宙起源的问题,解释这世界上比常规物质多5倍的“看不见”的物质究竟是什么。

在约7米高的精馏塔顶部拆卸制冷机

令崔祥仪感触很深的一件事是在一次数据分析课程中老师提到的一个例子:在投硬币的过程中,出现“正反正”与“正反反”的概率是否一样。他对于最后的结论震惊不已,居然“正反正”出现的概率大于“正反反”。而在后面的亲自编程与实验学习中,他才了解到原来我们的常识认知会偏出那么多,物理是永远需要证真的!

驻港凉山

说到在锦屏的工作,崔祥仪展现出一种灼热的神情,他说研二后每年他都有着超过一半的时间在锦屏山中,与其他同学一起维持着暗物质探测器的稳定运行。在PandaX-I期间有着顶梁柱一样的师兄们,当学徒的生活总是美好的,但责任却总是来的很快。

不仅是实验室的条件艰苦,由于需要长时间守在暗物质探索的第一线,常常要和家人分离连续几个月,甚至在过年期间继续奋斗在一线。虽然想念着自己至亲至爱的人,但是他对科学的狂热与对工作的负责,任劳任怨呆在山洞里的实验室。当家庭生活出现矛盾时,他会以实验研究的进展为重,家人也报以理解。

年,为了维持实验的稳定运行,崔祥仪自愿与其他三名同学一起在锦屏山中度过了第一个远离家乡的春节。年,为了降低1.2吨氙气里面的氪含量,他同其他三名同学24小时轮班工作了一个半月,度过了一个春节,终于达到了实验的预期本底目标。长时间的踏实工作让实验组看到了他的工作能力,并经常令他在锦屏独立负责实验的运行,恰逢锦屏山雨季时,他几乎需要每天晚上进实验室中解决遇到的各种问题。也就是在这样的工作中,他对实验的认识和理解不断的进步,也是在实验室众人的努力奋战中,实验方能稳定有序的运行下去。

过年期间,由于在山里,外面的车不能送新鲜果蔬进去,所以基本上吃的东西都是十天以前的,例如压缩饼干、泡面、速冻水饺、速冻汤圆。

PandaX实验组相较于国际上的其他几个实验组来说,人数比他们少大概十倍,甚至更多,所以每个人都要负责的任务十分繁重,但是作为组里面一员会有强烈的归属感。

日复一日,白天去实验室力做定检,晚上要进行数据分析,每天很少有一点钟之前睡觉的时候。气体探测器常常出现问题使实验变得更加艰苦,特别是一到雨季的话就会遇到各种各样的问题,半夜在实验室解决问题也是家常便饭。他们当时本来预期PandaX-II在16年初就能够运行的,却因为种种原因与各种问题,使实验延期了将近一年的时间,这整个期间都是用来调动他们探测器的构造,改动设计进行的过程是很艰苦乏味的。

测试二期精馏塔

在PandaX的二期升级中,探测器出现了各种没有预料到的问题。电极打火、法兰泄露、信号干扰、氙气激发,每一次发现的问题都需要花费至少一个月的时间来处理,而很多时候甚至无法得出完美的解决方案。失败一次次的来临,时间也一点点的流逝,在激烈的国际竞争中每一刻都尤为关键。为了尽快解决碰到的问题,崔祥仪几个月的时间中每天都要工作至晚上1点后才会出去休息,有时有了头绪通宵是常有的事,中晚饭也是在地下实验室中简单解决。不过他却表示工作时仍然是很兴奋的,即使被失败折磨了再多次,只要想着探测器很快便可以重新装配实验,再辛苦也是很值得的。千里之行始于足下,尽管他认为现在的自己力量还很渺小,但他选择脚踏实地的走好每一步,竭尽所能的去奉献自我。

厚积薄发

博观而约取,厚积而薄发。在大家齐心协力下,PandaX迎来了属于自己的时刻,实验的结果一次次刷新了世界暗物质探测的最低限,受邀出席国际各大暗物质会议展示成果,让世界都注意到了在中国有着最好的暗物质探测团队。得益于之前的努力,崔祥仪不仅在物理数据分析上有着非常重要的贡献,而且在非本专业的低温领域也有着不可或缺的作用,连续作为一作发表了4篇PRL文章,其中一篇作为PRL封面文章发表,并被评为年中国十大科技进步。并且于17、18年连续获得国家奖学金,并得到了17年的“学术之星”提名奖。

在几次前往参加国际暗物质会议的时候,他很自信的向世界说这是我们的实验成果,是世界上暗物质探测最好的实验之一。

参加年度“学术之星”答辩

继续向前

虽然实验已取得了很好的结果,但文章并不能终止实验的进程,反而应该用更大的努力和信念去推行实验的不断进步,现在暗物质仍然没有被发现,探索的脚步也不应该就此停留,需要做的是继续向前,他将利用自己最大的能力去贡献中国对于基础科学的研究。

目前PandaX下一阶段的实验已经开展,要想在国际严酷的实验竞争中取得突出的成果,就应该有着其他实验组没有想到的想法与没有实现的假设,如果只是沿用已成熟的技术,那么将永远被其他人甩在身后。现在的他已经利用着自己储存的理论知识与实验经验,大胆创新,参与到了制冷、精馏、循环等诸多子系统的设计与搭建中,并在每一个系统中都有着自己独有的想法。实验是肯定会成功的,这已经是崔祥仪最为坚信的一点,每天的实验每天的进步都是为了最后那揭开暗物质神秘面纱的时刻。

调试PandaX-4T制冷系统

明年崔祥仪就要毕业了,他还是会继续留在PandaX暗物质实验组里。现在实验组第四期正在大激进中,他会继续留在交大,留在这个团队里面,怀着对宇宙奥秘的向往,继续前行。

来源:上海交通大学

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