馬春旺：擁抱核物理新時代

本刊記者　全愛麗

馬春旺：擁抱核物理新時代

本刊記者全愛麗

到美國Texas A&M大學學術訪問

畢業于河南師范大學的馬春旺回到了昔日熟悉的母校，她坐落在被譽為“豫北明珠”的新鄉市。

在這片壯美而又靜謐的熱土上，馬春旺潛心做科研，如今的他成為河南師范大學物理與電子工程學院的校特聘教授、碩士生導師。踏足核物理領域8年有余并取得多項成果，截至目前，他主持了國家自然科學基金項目1項，受到河南省科技創新人才計劃（杰出青年）（ 2015～2017）、河南省高校科技創新人才計劃（2013～2015）和河南師范大學優秀青年人才培養對象（2015～2017）等項目資助；先后在Phys.Lett. B、Phys. Rev. C和J. Phys. G等國內外重要SCI學術刊物上發表論文30多篇。

談“核”

在國際社會關系中，可謂是談“核”色變。作為一名核物理領域的專業科研人員，馬春旺說：“核包括的方面很多，軍事應用是極端情況，還有很多基礎研究和民用應用技術研究”。當年，正是閱覽了楊福家先生撰寫的《原子核物理》，馬春旺便與核物理結下了不解之緣。

不可否認，核技術是一項先進技術。在能源領域，通過選用新堆型，提高安全性和降低建設造價，核能發電的貢獻不斷增大，對緩解能源危機產生重大意義；在醫學上，把放射性同位素與其標記化合物引入人體內，通過儀器觀察放射性在人體內的分布情況和動態變化，來診斷臟器是否有病變并確定病變位置；目前國內在利用高能量質子束和重離子（質量大于α粒子的離子）束進行癌癥治療方面正如火如荼；在農業中，滅蟲殺菌、食品保鮮和水利工程等方面，核技術都做出了重要貢獻。

2003年，馬春旺考取中國科學院上海應用物理研究所粒子物理與原子核物理專業，從事重離子核反應物理的相關研究。重離子核反應物理是原子核物理學的一個分支學科，是利用加速到各種不同能量的重離子轟擊原子核，從而研究核結構和運動變化規律。這是近20多年來原子核物理學的一個活躍的前沿領域。

重離子核反應物理分理論和實驗兩個方面。研究生期間，馬春旺更偏重實驗，尋找當時風靡核物理界的“豐中子暈核”，“中子數比質子數多的原子核叫豐中子核；質子數比中子數多的核叫豐質子核。”1985年，有科學家利用放射性核束裝置從實驗上發現了具有巨暈的豐中子核11Li，這引起了人們的強烈興趣，吸引了許多實驗和理論家相繼投入精力來研究這個方向。

“我們和國際的差距還是有的”，核物理實驗需要依靠裝置，而且是大型裝置，比如我國的蘭州重離子加速器國家實驗室，成立于1991年。隨著科技日新月異，國際已在推行第三代放射性核裝置。2006年，日本造價440億日元建成世界最強重離子加速器的核心——超導磁鐵環形加速器，可將鈾離子加速到光速的70%；還有美國密立根州立大學的稀有核束工廠（MSUFRIB）、日本理化研究所的稀有核束分離器（RIKEN-RIBF）、德國的放射性核束工廠（GSI-FAIR）和法國的放射性核素工廠（GANIL-SPIRAL2）等；而我國也正在建造新一代“強流重離子加速器（HIAF）”和北京放射性核束工廠（BRIF）。“只有每臺裝置不重復，才能做出有特色的成果”，這也是影響各國核物理研究發展的因素所在。

新方法突破舊難題

如今，馬春旺轉向重離子核反應物理理論研究，在豐中子核素的性質（結構）理論和實驗測量、核技術的環境應用方面開展研究。

重離子核反應是用炮彈轟擊靶原子核，“就像兩輛汽車迎面相撞，必定造成一定損壞”。在碰撞過程中原子核會被壓縮，繼而產生很高的溫度，密度也隨之變大。如此一塊高溫、高密度的物質體積并不穩定，它們發生膨脹而漸漸冷卻，過程中便會產生很多新物質。馬春旺的工作就是研究這些新物質。在沒有放射性核裝置時，原子核受到撞擊產生的奇特物質是難以看到的，隨著裝置的研發成功，為研究提供了條件，研究人員可以探究反應產物中有何物質。

“對于豐中子核來說，中子的密度分布與穩定原子核是不同的”，如果一直向穩定的原子核中添加中子，原子核會一直變大，也會逐漸不穩定。但添加中子的數目有一個極限，在核素圖上把各個元素的極限豐中子核素相連，會在β穩定線下方得到中子滴線；相反，位于β穩定線上側的是質子滴線。豐中子核的邊緣存在很大的中子彌散分布，總體看起來豐中子核就像穿了一件中子皮。這層皮到底有多厚？目前在實驗上還很難探測到，這也是多少年來困擾原子物理界的一個難題。于是，馬春旺根據重離子核反應過程提出了一些關于中子皮厚度測量的觀測方法。據悉，此項工作已經進行了很長時間，目前仍在研究之中。而他并沒有因為這是場拉鋸戰而減少興趣和激情。

除了測量中子皮厚度，觀察豐中子核里中子密度的分布變化也是馬春旺的研究內容之一。在這個過程中，他把一個新的分析方法引入到重離子核反應分析中，即信息熵。信息熵是研究信息流的一種方法，可以將其理解成某種特定信息的出現概率。一個系統越是有序，信息熵就越低；反之，系統越是混亂，信息熵就越高。信息熵也可以說是系統有序化程度的一個度量。“我們用這種方法研究重離子核反應里面的現象，同時可以研究密度分布和在系統中變化的情況”。2015年，馬春旺通過進一步研究發現，“在重離子核反應所產生的產物中，中子豐度不同的原子核的信息熵存在一致的規律。”

為研究重離子核反應性質提供新方法，并且通過實驗驗證其可行性——馬春旺的研究目標就在于此。而實際上，在重離子核反應研究中，實驗的觀測方法常常弱于實驗技術的發展。實驗通常能夠提供豐富的數據，但實驗做完，科研者很難解釋清其背后某些的規律，“我們知道某個方面是個難題，但是沒有辦法研究它”。因此，馬春旺希望能提出一些新的觀測、研究方法，用以研究比如中子密度分布、中子皮厚度和核反應溫度等固有難題。

與指導的研究生和本科生一起

興趣是最好的老師

做科研不是三天打魚兩天曬網，需要持續不斷地投入，而興趣是提供這一動力的來源。在馬春旺看來，興趣可以通過后天逐漸培養，“剛開始，我對所研究的領域并不了解，之后越做發現越感興趣”。有了興趣，還要能夠“坐得住”，也就是能深入鉆研并探索未知的奧秘。這兩點是馬春旺認為做科研的必備素質，二者缺一不可。

如今身為老師的馬春旺，肩負起培養學生的重擔。他過往的經驗同樣適用于學生，“要想把研究做好，最重要的還是興趣，所以我側重在培養學生的興趣”。學生一開始對這個行業或多或少是陌生的，因此要想建立起他們的興趣需要采取一些方法。在布置課題時，馬春旺不會把一個非常難的課題直接給學生就放手不管，相反他會先布置一個相對容易的課題，讓他們先入門，之后再循序漸進地加大難度。“首先我心中要有一個規劃，如何一步一步把他們引導到最終的目標上”，馬春旺可謂用心良苦，“這樣他們遇到的困難就會小一些，建立起興趣也會容易些”。學生一旦激發起興趣，并擁有一定基礎，馬春旺便會鼓勵他們獨立地思考，反思過程中遇到的問題，“這是能力培養的一個過程，發現問題的能力、解決問題的能力”。

近幾年來，他教過的學生，畢業時都已在重要SCI學術刊物上發表過文章，每年也都有學生獲得國家獎學金。這些成績或許是對馬春旺教學的最大肯定和褒獎。他深有感慨，“過去有六七年的時間我們一直在坐冷板凳，但是我們并沒有放棄，仍是很有興趣地在研究”。未來，對于核物理來說將是個嶄新的時代，“我們在等待這個新時代開始，我們期望裝置運行之后能發揮自己的作用，把提出的觀測方法做實驗驗證，這樣，對于我這樣一個過去做實驗現在做理論的人來說，可以重新走回實驗的路上，在實驗中做出自己的貢獻，這對我來說非常重要。”

同國內熱門研究院所相比，馬春旺所在的河南師范大學稍顯冷清。不為功成名就，只求心之所向，他期待有更多的有志之士加入這個大團隊，共同做有興趣的研究，為我國的核物理事業增磚添瓦。