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）

新发现填补成都平原旧石器时代空白******

　　“这是我国旧石器考古非常重大的突破”“这是旧石器考古人期待已久的好遗址”……近日，四川遂宁市桃花河遗址暨四川旧石器时代考古成果专家研讨会在射洪市举行。会上呈现的系列成果显示，四川近年来在成都平原及涪江流域均发现多处旧石器遗址，有的发现遗物丰富，地层堆积较好，保留了人类活动的原生信息，可以初步还原远古人类的生产生活状态，建立特定时段文化演变的序列。

　　专家认为，继皮洛遗址之后，四川旧石器时代考古再次取得重大进展，推动我国旧石器时代考古取得新的突破，展现出四川盆地旧石器时代考古的巨大潜力。

在四川遂宁市桃花河遗址采集到的部分石器 新华社发

　　为讨论古人类行为模式提供线索

　　2022年，四川省文物考古研究院在涪江流域遂宁段和涪江流域绵阳段开展旧石器考古专项调查，发现20多处旧石器地点，调查发现手斧、手镐、重型刮削器等数百件典型石制品，充分展示了在涪江流域的旧石器时代考古工作的极大潜力。

　　其中，位于射洪市香山镇鄢家沟和田家湾两个地点的桃花河遗址，遗物丰富、地层堆积较好，但面临基本建设破坏，四川省文物考古研究院迅速开展了抢救性考古发掘。

　　“本次发掘初步揭露了三期旧石器时代文化。三期文化自下而上，发展连续贯通，但又呈现出阶段性差异。”四川省文物考古研究院旧石器研究所所长、桃花河遗址考古项目领队郑喆轩说，第一期在石制品组合中含有较高比例的大石核、大石片以及以大石片为毛坯的重型刮削器，此外含有少量手斧、手镐、石刀等较典型的大型切割工具；第二期石制品尺寸有所缩小，大石核、大石片和重型刮削器较第一期比重下降，中小型石核、石片和工具比重上升，存在中小型石片工具；第三期基本不见大石片及重型刮削器，以中小型石核、石片和工具为主，且对石料有一定选择性。

　　三个文化期均发现了石制品密集区，不同密集区各具特色，多数石制品没有风化、磨蚀痕迹，有的石制品碎片则可以成功拼合，初步表明遗址为原地埋藏，为讨论人类行为模式、遗址功能分区和空间结构提供了线索。

　　此外，遗址也发现了数十件动物化石，初步判断有鹿、牛、马等大中型草食类动物。

　　根据现有考古材料以及初步的文化因素分析，专家认为桃花河遗址的年代初步估计在距今20万年至5万年之间，更准确的测年工作正在进行中。

　　“南方旧石器遗址不少，但出土的石制品数量却并不多，桃花河遗址面积大、发现遗物多、密度高，应该属于基本营地或中心营地，提供了非常丰富的信息，这是期待已久的好遗址。”北京大学考古文博学院教授王幼平说。

　　呈现成都平原旧石器工业面貌

　　2019年，为配合当地基本建设，四川省文物考古研究院联合眉山市文物保护研究所、眉山市东坡区文化遗产保护中心等单位，在位于眉山市东坡区的坛罐山开展考古调查工作，共出土石制品518件，清理坑、沟等遗迹现象10余处。

　　研讨会上，专家确认该遗址出土石制品大多以砾石为原料，岩性以石英砂岩为主。石制品类型包括石核、石片、断块/断片/碎屑、工具、备料。工具类型除石锤和石砧外，还有砍砸器、刮削器、凹缺刮器、锯齿刃器、重型刮削器、手镐等，另外还有使用过的砾石以及石片。工具多以砾石或断块为毛坯，采用锤击法加工，多见单边、单向修理，整体上属于中国南方砾石石器工业的范畴。

　　根据南京大学地理与海洋科学学院光释光测年，初步推测遗址有石制品埋藏的地层最老年龄当不低于20万年。这是成都平原目前发现的年代最早的旧石器时代遗址，填补了成都平原旧石器时代考古空白。

　　2022年，为配合眉山市彭山区武阳安置房一期项目建设，四川省文物考古研究院联合眉山市彭山区文物保护研究所组织开展了武阳遗址考古发掘，出土旧石器时代石制品2600余件，揭露出多个旧石器时代文化层，提取了古人类活动的科学信息。

　　据介绍，武阳遗址是成都平原首次发现大规模原地埋藏的小石片石器遗存，对了解成都平原晚更新世中晚期旧石器工业面貌有重要意义；遗址内丰富的拼合组与较大的拼合潜力，说明遗址存在多次原地打制石器行为；发掘石制品数量多且类型丰富，地层堆积厚且序列完善，进一步丰富了四川盆地旧石器时代的文化内涵，完善了旧石器文化序列，也对理解当时该区域古人类生存行为有重要价值。

　　建立特定时段文化演变的序列

　　“原地埋藏的遗址难能可贵，它保留了原生的信息，人类活动信息得以保存。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员高星表示，桃花河遗址地层非常清楚、埋藏状况完好，把地质条件和地貌特点、古人类生存环境以及人类行为等文化信息融为一体。此外遗址多层位、多时段，分层清楚明确，人类活动信息分辨率高，可以据此建立特定时段文化演变的序列。

　　“桃花河遗址的石制品成堆地出现，特别适用于活化历史场景，很多旧石器遗址都没有这样的发现。”高星说。

　　高星同时表示，武阳遗址的出土石器与皮洛遗址、遂宁桃花河遗址等都不一样，体现了文化的多样性。尤其人类活动现场鲜活保留，这种遗存对于未来在展陈中活化历史场景非常重要。

　　北京大学城市与环境学院教授夏正楷认为，武阳遗址丰富的遗存可以还原远古人类的生活场景：“他们生活在河漫滩，经常受到洪水困扰，只能短暂在生活居住地停留，生活环境相当艰苦。”

　　同处于成都平原的坛罐山遗址也是一处古人类多次光顾、短期活动的原地埋藏遗址。它和武阳遗址以及更多遗址的发现与发掘，将逐渐还原成都平原古人类的生活状态，揭开旧石器时代考古文化的面纱。

　　专家指出，桃花河遗址、坛罐山遗址、武阳遗址等遗址的发现以及周边的调查，表明四川盆地具有开展旧石器考古的极大潜力，并为进一步考古提供了线索、方向和思路。

　　四川省文物考古研究院和成都文物考古研究院在成都平原已经新发现140余处旧石器时代遗址，已开展考古发掘的遗址近10处，为下一步构建成都平原乃至四川盆地旧石器年代框架、完善工业体系，奠定了坚实的基础。

　　《光明日报》（ 2023年01月12日 09版）