【聚焦】三问李政道研究所
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高风险、非共识、颠覆性，
“无人区”基础研究难题怎么解？
上海张江，李政道研究所（TDLI）的球形大厅连接着两栋平行楼宇，更像“中国筷子夹起地球”。带玻璃幕墙的球形大厅内，在所长张杰院士策划与带领下，全体研究人员通过33次集中讨论，今夏共同创作成长达600米的“天问”长卷，环绕球厅、逐层拾阶、螺旋上升。
球形大厅“天问”长卷。（资料照片）
“明明暗暗，惟时何为？阴阳三合，何本何化？九天之际，安放安属？日月安属？列星安陈？”长卷以包含170多个问题的屈原《天问》开篇，再现始于大爆炸以来138亿年的宇宙史和人类对宇宙演化规律的求索与认知，表达李所人探究自然极限、拓展科学疆域的愿景。
回答终极拷问，必先探究本原。那么，大投入、高强度、长周期的基础研究到底怎么搞？对正在建设世界顶尖研究机构的李政道研究所基础研究生态进行一番调查，或许可以告诉人们如何从源头和底层解决关键技术问题，做好实现高水平科技自立自强的答卷。
选题：无人之境，尽早去闯
在“由0变1”的基础研究领域，越是“无人区”越是要闯，而且尽早去闯。大到探宏观宇宙的望远镜，小到测微观粒子的显微镜，镜片前的李所“追光者”大有人在，这是他们必须给自己出的难题。
百余位科学家出入李所的南北楼之间，其中李数与李政道先生可谓有缘。中学生时代，他考入李政道建议创办的中国科学技术大学少年班；博士后时代，他被聘为李政道研究所首位“李政道学者”，在粒子与核物理研究部工作。
同在这个研究部门，李数与刘坤也十分有缘。这两位年轻博士加盟李所之前在法国马赛粒子物理中心就有交集，因为位于法瑞边境的欧洲核子中心大型强子对撞机，是世界高能物理研究最富引力的前沿与高地之一。
眼下，带着追逐物质世界真理的自由与激情，他俩回归祖国、来到新所、同处一层，“自设选题”甚至自制实验，开展一项“暗光计划（Dark SHINE）”。说起暗光，两人像讨论科幻作品一样津津乐道。主流观点认为，宇宙中存在比已知物质多5倍之多的神秘物质，还未被人类用电磁手段“看见”，因此被称为“暗物质”。
那么，暗物质世界与物质世界如何联系？他们相信物质世界有量子性质的光子，相应地暗物质世界就有以其“对称性”命名的暗光子。暗光子作为一位“信使”，是连接可见与未见两个世界的媒介粒子，同时也可以被视为暗物质粒子本身——这就是“暗光计划”苦苦寻觅的全新物证。
每每入夜，当李政道研究所灯火亮起，楼内李数实验室里的实验箱，总是亮着暗房一样的红光，师生们用3D打印机“从零开始”塑造自己的实验载体。他俩说，这里自上而下有一股干劲，把基础研究做实做深，才能让上层建筑平地而起。
“‘天问’是李所科研人员的科学追求，就是探究宇宙中极大和极小间的关联，追寻自然界最基本也最深刻的相互作用规律。”张杰院士表示，“全所正利用天然的极端环境、人工创造的极端条件、使用极端探测手段，探索和调控极端新奇物态。”深入“未至之境”，得大道者得天下。
刘坤实验室。（资料照片）
投入：各方筹措，先行小试
凭借看不见摸不着的暗光子，建立一套与暗物质的“对话沟通”全新机制，其实属于高风险、非共识、颠覆性项目，用李数、刘坤他们的话讲，“这也是一个盲盒。”
然而，按照上海市《关于加快推动基础研究高质量发展的若干意见》，百万级经费支持他们长期深耕基础前沿。青年科学家获得的科研“第一桶金”一般不超过50万元，而且某些“另辟蹊径”的研究难以得到有效识别和及时支持。基于“基础研究特区计划”首批试点，上海市科委资助1个亿，上海交大配套1个亿。李政道研究所也划入“特区”，李数成了首批10位入选学者之一。
“特区计划”资助的200万元，也是34岁李数拿到的首张“百万级”项目支票。入选后，这位项目牵头人又申报了国家自然科学基金委的原创探索计划项目，成为交大物理天文方向首次获批的该类项目，也成为去年基金委数理科学部仅有的6个原创探索类入选项目之一。
量子材料样品
不可否认，社会上有观点认为，基础研究投进去这么多钱，“回报率”怎么说？刘坤隔壁办公室里，也是一位携夫带娃海归安家的青年科学家。作为量子基础科学研究部的“李政道学者”，钟瑞丹天天在实验室试管里“育种”，让新型量子材料在其间生长。“就像100多年前，当玻尔在研究氢原子结构时，他也没有想过发展出量子力学。”她说，“而如果没有量子力学，从电脑到手机，我们使用的这些电子产品或许都不可能存在，看似‘无用’的基础研究才是之后科技发展的基础。”
事实上，李政道研究所正是对标20世纪初诞生的哥本哈根学派、策源量子科技革命的尼尔斯·玻尔研究所建立的。百年老所至今常青，去年还传出消息：北约拟在玻尔研究所设立新的量子技术开发中心。当比它更大规模的李所实验楼在沪启用之时，那一年刚刚度过95岁生日的李政道从大洋彼岸托付长子捎上亲笔信说：“虽然不能亲临这一历史性时刻，但亦感到无比开心和激动。”
“暗光计划”探测单元示意图
各方筹措，也先小试，不打无准备之仗。从闪亮的硅光电倍增管，到透明的塑料闪烁体，刘坤实验室正利用特殊材料，手工搭建用于探测“暗光子”的粒子轨迹探测器。解放日报·上观新闻记者见到，仅30微米宽的30条硅条形成高灵敏的探测器，精密到只有高度集成的毫米级芯片大小。
这只是国内首个电子打靶寻找暗光子的实验雏形，之后他们还将逐步“放大”尺度，形成3米×3米的更大探测模型，从而走向张江科学城的大科学装置，开辟一条暗物质探测“新赛道”，有望揭示出前所未有的世间第五种作用力——暗电磁相互作用力。刘坤计划通过3年运行与验证，实现9×10的14次方电子打靶，预期好于在国际竞争中的同类型实验。
“基础研究是科技创新的源头”、“持之以恒加强基础研究”……李所的墙面记下了习近平总书记在科学家座谈会上重要讲话的语句：聚焦关键领域，集合精锐力量，尽早取得重大突破，使创新成为高质量发展的强大动能。“暗光子”这样一个“核爆点”，值得他们时刻准备着……
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16国科学家同楼，
不唯论文的评价考核如何接轨
国际同行？
隔一条金科路相望，李政道研究所就在中国商飞上海飞机设计研究院斜对面。这座“工字型”楼栋的建筑面积达5.6万平方米，西北两面是两河交汇之处，围成一道小河湾。
今年，在浦东新区支持下，这个清水绿树的“李所湾”开辟成了新地标：滨河景观步道，上下双层平台。从所内望去，仿佛大小圆环相套，好似八大行星连珠。各路学者喝着咖啡、品着茶饮，交流碰撞、头脑风暴。
河湾里的李所。（资料照片）
世界级研究机构讲求“环境”，不仅是体制机制等软环境，也包括生态宜居的真环境。要知道，在李政道学界影响力以及上海建设全球影响力科创中心的招引下，全所汇聚100余位科学家，来自六大洲的16个国家和地区，外籍科研人员占比约40%。整个研究所，从评价到考核，犹如软硬件接轨国际的“环境保护区”，形成高水平基础研究的“生态圈”与“氛围感”。
引才：走国际化，本土调适
事实上，李政道研究所的缘起就是国际化、开放性。2014年12月，华人诺贝尔物理学奖得主李政道致信党和国家领导人，提议在上海交通大学建设一个类似丹麦“玻尔研究所”的世界顶级科研机构，吸引一群世界上最顶尖的科学家，形成自由探索的学术氛围，并历练一批属于中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。
2016年11月28日，李政道研究所在上海交大正式成立，最初位于闵行校区的李政道图书馆4楼；2018年4月7日，年过九旬的李政道先生受聘为李所名誉所长；标志性的李所实验楼选址张江，也在同年启动建设；2020年元月，他亲笔书写“纳八方俊才，究宇宙奥秘”赠予全所，次年12月3日大楼建成投用。
有意思的是，许多人并不知道，李所的“非工作区”尤其是“专家楼”，坐落在“上海光源”隔壁的上海交通大学张江高等研究院，两个院子还有一道门打通。在此安家落户的卢卡（Luca Visinelli），从意大利举家乔迁，入住7号楼的全装修套间。这位物理学家日常通勤便捷，从张衡路429号的高研院，到盛荣路520号的所址，相距不到5公里，行车不过十分钟出头。中午，就在挂着李政道多幅科艺结合画作的食堂，用筷子吃中国盒餐。
专家公寓内
与慕名而来的不少海外科学家一样，卢卡的国际研究经历丰富，先后就职于欧洲地中海气候变化中心、北欧理论物理研究所、瑞典乌普萨拉大学、荷兰阿姆斯特丹大学以及意大利弗拉斯卡蒂国家实验室。如今，他选择中国，受聘为上海交大物理与天文学院长聘教轨副教授、李所的李政道学者。
走进拎包入住、通透敞亮的公寓之家，卢卡和家小各有书房、厨房、卧房等，居住条件与国外没有什么差异感。园区里，可与海内外师生分享智慧教室、报告厅、宣讲厅、阅览室、咖啡吧，还有位于地下室运动空间内的乒乓室、瑜伽房、器械训练厅，更有篮球场、羽毛球场等。
为让国际学者完成本土调适，心无旁骛在沪从研，单位为他们子女入学甚至配偶工作提供解决方案。俄罗斯籍的李政道学者瓦迪姆（Vadim Grinenko），去年从德国德累斯顿工业大学固态与材料物理研究所来到李所工作。其夫人身为科研人员，也在这里找到了心仪的工作。
作为上海交大李政道研究所党总支书记、张江高等研究院党委书记，赵昕告诉解放日报·上观新闻记者，即使在2022上半年的特殊时期，也没有一位海外学者离华回国，“今年甚至多达10个国家的师生们在上海过了一个中国年。”
考评：同行认可，不唯论文
来上海定居快4年，最令马来西亚籍李政道学者Kim Siang Khaw（许金祥）自豪的，至少有两件事。其一，他的妻子就在张江药企工作，两人2021年在沪生了儿子，今年已经带娃去豫园看灯了；其二，去年底，不到40岁的他获得了上海交大基础研究特区计划立项，项目经费400万元。
特区计划证书
在李所实验楼北楼669室，许金祥玻璃橱柜里就有这张证书，上面说：“Kim Siang Khaw：您申报的项目《基于上海SHINE（硬X射线自由电子激光）装置加速器电子的缪子源研究》获准立项，特发此证。”为了追索“缪子（μ）”这一基本粒子之源，他从京都大学、东京大学、苏黎世联邦理工学院到华盛顿大学，分别完成了“本硕博”学业以及博士后工作。在他眼中，这一特区计划对青年学者的支持力度与国际同处领先水平，“在经费方面没有什么压力。”
“你摊开手掌，平均每秒钟都有1个缪子穿过；如果坐上飞机，那么在万米高空中就会有大约20个缪子穿过。”手持一块小小“电路板”，他告诉解放日报·上观新闻记者，缪子与电子是亲兄弟，比电子重约200倍，它是高能宇宙射线轰击地球大气后的产物，得益于超强的穿透力以及相对论的时间膨胀效应，可以跨越数十公里的大气层直达地表，但它们不稳定，会衰变成电子。国际上，他长期参与美国费米实验室的缪子反常磁矩实验，其结果证明缪子的行为和标准模型理论的预言并不相符。
为什么有了电子还需要缪子？与暗物质一样，难道缪子存不存在，对这个世界没啥影响？基础研究特区计划可说是“设问制”，必须提出相当重大的科学问题，接受院士评审，真正值得去做。既然立项资助，必有评价考核，但许金祥面临的考评，可不是“数文章、算绩效”的常规套路。
上海交大科研院院长曾小勤透露，特区计划一次支持至少5年，到时还可滚动支持。不求发表论文多少，只要年底提交进展报告，甚至不需中期考核。而且，在资金分配上，过去“买油盐的钱不能买酱醋”，现在自主调配，灵活性高。
当然，不用发论文，不等于不发论文。对于学者个人，考核期被拉长到6年，3年有一考核，最终决定能否转入晋升通道。国际化的李所也最看重国际同行评价，一篇高质量的国际论文代表作揭示出“设问”的谜底，足以压倒多篇过程性论文。
“深研究、大研究的心态完全不一样，打法也不一样，根本不必拉课题、讨经费，更不是为了赚钱、营生。”赵昕坦言，在科研机制和科研文化的变化中、影响下，自主培养出有能力、有情怀、有格局的科学家，内化为“天问”精神，冲着真科学而去。
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百亿元“硬X线”加持，
最先找到暗物质的科学家从哪里来？
在“世界屋脊”青藏高原北缘、柴达木盆地无人区，沿着还在铺设围栏的唯一一条盘山路，解放日报·上观新闻记者日前随车登上了海拔超过4000米的赛什腾山之巅。比天路更艰巨的工程，是万仞孤山的几个山头，都在崛起带有白色穹顶的天文台阵列。从清华、中科大到国家天文台，此地共有总投资近20亿元的9个天文望远镜项目。
上海交大原校长、李政道研究所所长张杰院士近日也带队赴青，签下上海交大、青海省科技厅、海西州以及冷湖管委会四方共建“JUST光谱望远镜”项目合作协议。JUST是具有极端探测性能的4米口径望远镜，计划3年后开展巡天观测，取得一系列具有重大影响的突破性研究成果。
仰望灿烂星空，俯瞰大漠戈壁，这片冷湖天文观测基地填补了东半球国际优质天文台台址的长期空白，但距离最近的500余人口小镇还有70公里之遥，通电却未通水的现状必然考验这些“甘坐冷板凳”千里迢迢、暗夜追光的基础研究工作者。
山顶天文台建设中
平台：自由探索，也有组织
在科研范式变革中，基础研究由好奇心驱动、鼓励自由探索，与有组织的科研并不矛盾，尤其是依靠新型举国体制下的高水平支撑平台。李政道研究所天文与天体物理研究部的“李政道学者”冯发波，在几个月前顶风踏雪走进冷湖天文观测基地，为的就是现场推进JUST光谱望远镜项目。
除了硬件重器，冯发波背后还有大计划支撑。由“双一流”重点建设经费统筹资助的“交大2030”计划，将其《天语先导计划——寻找第二个太阳系》列为物理领域重大基础研究类首批立项项目。他在预算编制中的“设备采购”占比高达100%，但考虑到项目特殊性，经诸位专家论证，项目立项后经费一次拨付到位，校方还为其争取到政府贴息贷款等的多元支持。
当被问到这一计划为何取名“交大2030”，上海交大原校长、2030计划专委会原主任林忠钦院士答道，面对当前的科技发展瓶颈，学校希望有10年以上中长期的支持，持续给到符合国家发展战略和重大需求的科技重点领域及研究方向，在“十五五”期间推动一批具有交大特色的若干领域重大原创性成果产出。
近水楼台先得月。追寻暗光子的“暗光计划Dark SHINE”李所团队，日夜期盼邻近研究所的“上海光源”平台再传佳音。在地下30米建造中的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）长达2公里，总投资近100亿元，是我国迄今为止投资最大、建设周期最长的国家重大科技基础设施项目。尽管这件“国之重器”计划2026年竣工，计划牵头人李数和刘坤已早早提前“预约”，完成“排片”。
刘坤解释“暗光计划”探测原理
“暗光计划”就将依托这一大科学装置，设计专用的8G eV（电子伏特）高频单电子束流线，通过高频电子轰击固定靶，批量产生可能存在的暗光子，实现暗物质产生过程的大统计量积累，并通过自研探测器装置，监测暗光子到轻质量暗物质的不可见衰变过程，一步步提升探测精度。
从地球上最像火星地表的青海冷湖天文观测基地，到深达2400米以下的四川锦屏地下实验室，从追踪动态宇宙、寻找宜居行星，到回答暗物质有多“暗”，在上海拥有“超级大脑”的李政道研究所实验平台已“上天入地”。
氛围：不惧风险，宽容失败
“中国速度，上海效率，让李所在这里的发展非常迅速。”身为诺贝尔物理学奖得主，李所创始所长、现任首席科学家的弗朗克·维尔切克（Frank Wilczek）院士说，“李所已经非常国际化，它的运行机制和模式与我所了解的任何一家中国的传统机构都不一样。”
其实，李所与国外研究机构也不太一样。从日本到欧美的历练后，在马来西亚籍“李政道学者”许金祥（Kim Siang Khaw）眼中，发达国家实验室里五六十岁的科学家比较多，而这里明显更加年轻化，富有朝气与活力。
有一个例外，在李所被亲切称为“老爷爷”的李政道讲席教授柳田勉（Tsutomu Yanagida）来李所快4年，过年也没回日本。他此前是东京大学卡弗里数理联携宇宙研究机构教授，成名就在青年时期。1981年博士毕业没几年时，他在东京一次会议上提出粒子物理领域的“跷跷板机制”。现在面对各国青年为主的所内成员，他也充满信心表示将继续尽己所能，为培养年轻一代的科学家贡献一己之力。
氛围宽松，而宽容失败；不惧风险，而自我加压。在上海交大校长丁奎岭院士看来，基础研究方面应该做好“三个区”：既有面向战略导向的体系化基础研究的“集中区”，又有面向市场导向的应用性基础研究的“融合区”，还有面向前沿导向的探索性基础研究的“自由区”，从李所到张江高研院等，就在“自由区”。眼下，李所聚集世界级科学家，更有充满梦想的青年科学家，既给年轻人更多自由探索空间，又逐步打造稳定的科研支持体系，完善符合基础科学研究规律的评价制度，鼓励这些拔尖人才大胆挑战，实现更多“从0到1”的原创突破。
跨国组合，各显神通。尽管许金祥多年求索的神秘粒子——缪子并非暗物质，但其基本性质可能因为暗光子而受影响，进而偏离理论预言值，于是科学家对其性质的精确测量可为暗光子存在与否提供间接证据。为此，许金祥与不停“追光”的李政道学者李数、刘坤一拍即合，也加入了中国青年科学家主导的“暗光计划”，设计研制并没有现成“参照物”的探测模型。
李数实验室制作材料
建设中的“第四代光源”上海硬X射线自由电子激光装置，可以向“暗光计划”提供实验必需的高能电子。为此，李所与其法人单位上科大，作为“邻居”双方达成合作意向。根据计划任务书的指标，这项实验开始后，运行约一年，就有很大可能在这支跨国团队寻找的计算区发现暗光子。提到这件事，这些小伙子的眼里就闪烁着光。
他们有望成为世界上最先找到暗物质的科学家吗？“100次尝试，可能在做前99次时都是失败的。”同为李政道学者的海归青年科学家钟瑞丹，平日也与许金祥等人一起在手写触屏前喝喝咖啡、聊聊课题，她说，“但如果再等几年，再给我一些时间，我第100次尝试的结果或许就会是一个很重要的大发现。”
赵昕也笑言，他们身上有一股脱俗的少见的“疯劲儿”，“这比硬件、比经费更稀缺，或许是我们之前与诺奖差距最大的地方；而今有了它，离科技强国也不远了。”
来源：伴公汀
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