“暗物质探测时代”开创者——常进(三等奖)

作者: 2018-07-09 来源:
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      “暗物质探测时代”开创者——常进

    中国科学院紫金山天文台      金璐
 
    他是一个思维非常开阔的人;

他是一个执着的人

他是一个很有感染力的人

他是一个比较严厉的人

他是一个和蔼的人

他像一个超人一样

他像一个大侠一样

……

——来自同事和学生们

 

茫茫太空,一位孤独的行者,工作于约500千米高的晨昏太阳同步轨道,在幽暗的宇宙探索这片空间暗藏的深刻寓意。它叫悟空,是中国的一颗为取真经而来的暗物质粒子探测卫星。

地面上,中科院紫金山天文台的研究员——常进,和他的团队,正根据“悟空”返回的数据,24小时轮班地对数据进行核算。“暗物质”,游离于人类认知之外的世纪之谜,它对自然界中我们所熟知的电磁力和核力拥有免疫力,以至于它可以像幽灵一样穿过我们的身体乃至地球而不留下痕迹。暗物质粒子本质的研究将带来物理学革命性的突破,因此全世界的很多科学家都在不遗余力地寻找暗物质粒子。

常进:中国科学院紫金山天文台研究员、副台长,中国科学院暗物质与空间天文实验室主任暗物质和空间天文研究部主任。作为我国空间天文带头人之一,常进长期从事空间伽马射线和高能带电粒子探测技术研究,做出了开创性的贡献在暗物质粒子空间探测、空间天文观测设备研制和数据分析等方面取得了重要进展,并取得了令人瞩目的成就。在探索未知宇宙的过程中,常进总是不断地燃烧起自己的斗志与精力,他始终认为一个科学家,就应要长期坚守自己的梦想,求真务实地去实现它,求真是目的,务实是方法。千淘万漉,狂沙吹尽,唯留下醉心于科研的赤子之心。暗物质,这一尚未现形的“宇宙主宰”,或将在常进等科学工作者不断的耕作之下,向中国天文界发出希望的“光”。

人们往往只看到成功者的微笑和成果,而在这些成果背后他们所付出的艰辛和心血,只有他们自己知道。

 

潜心专业研究,科研成果显著,十年磨一剑

人们往往只看到成功者的微笑和成果,而在这些成果背后他们所付出的艰辛和心血,只有他们自己知道。

多少年来,我国的天文学家无时无刻不梦想着自己设计的天文观测仪器搭载卫星升空观测,无时无刻不梦想着带领团队走在国际天文观测的前列,无时无刻不梦想着我们自己的天文观测仪器遨游在那浩瀚的星空。从上世纪70年代第一颗天文卫星开始,天文学家们都期待着这一天的到来。常进从踏进紫金山天文台的那一刻起,就将这样的梦想坚持着。

常进1992年从中国科学技术大学研究生毕业到紫台工作。寻找研究方向的他意识到高能电子、伽马射线是人类观测宇宙的空白。他认为在研究上不能总跟着美国人、日本人跑要实现科学探索上的第一次。1998年,常进开始着手研究空间探测高能宇宙射线粒子。今天看来这可能是探测暗物质粒子最有利的手段,然而在当时并未引起科学家们的广泛重视。不过这个过程并不顺利,层层障碍很快就来到了常进眼前。观测宇宙高能电子非常困难需要借助造价昂贵的高性能设备。刚开始国内的科研经费紧张,八十年代的经费预算还是用千元这个单位来计算,这对研制经费动辄上亿的空间仪器来讲,国家还不能有足够的财力来支持。试验所需的仪器只能东拼西凑。

国家没钱我们必须在方法上创新常进提出了独特的空间观测高能电子和伽马射线的方法不需要那么精细的设备大大减少了仪器的费用。开始不断的寻求合作,他在德国访学时得知美国要在南极开展名为ATIC的科考项目观测宇宙线。为了加入美国ATIC观测宇宙射线的科学项目,常进建议利用ATIC同时观测高能电子,并利用一年的时间加以计算与实验。最终美国科学家接受了常进的建议,1998年,常进加入美国ATIC项目。2000-2003年,ATIC设备搭载长周期气球先后两次在南极升空,并在离地面37公里的高空成功实现了对高能电子的观测。美国人提供数据,常进负责对其进行分析。两次观测的高能电子流量均表现出显著的异常,让常进陷入到对庞杂数据无休无止的思考和核查之中。过程相当枯燥繁琐,但为了保证研究的准确性,常进和团队成员每隔几天就会聚在一起,把各自负责的部分拿出来,你帮我改,我帮你查,认真且较真。未解之谜整天盘亘在他的脑子里,让常进废寝忘食又乐此不疲。此后几年常进与合作者不断改进设备和观测方法又在南极进行了3次观测。

板凳须坐十年冷为了寻找异常之后的真相常进陷入近10年无休止的数据分析未解之谜整天在脑子里抓挠。他夫人发现回到家的常进时常神情恍惚嘴里嘀咕着一些听不懂的数字突然有个想法马上就到实验室编程序演算。ATIC发现的异常究竟是否来自暗物质还不能排除其他天体的干扰。气球飞得再高只要在大气层内高能粒子与大气碰撞就会产生大量噪音。要想看得更清楚必须到太空去探测。2002常进第一份有关太空探测暗物质的报告提交到有关部门但石沉大海。2003年他再次申请仍没成功。但常进坚信不成功并不意味他的方法不行。暗物质卫星探测器的想法2002年就在他的头脑里形成了。他做了无数次计算和试验随着技术的进步不断改进细节。

2008常进作为第一作者在Nature上发表文章介绍了有关宇宙高能电子异常的发现。这一发现被美国物理协会和欧洲物理协会评为当年世界物理学领域的重大研究进展。评论普遍认为该观测如果被证实将是人类第一次发现暗物质粒子湮灭的证据。这引发了一轮国际探索暗物质的热潮。文章的发表,犹如一颗石子投入平静的湖面,激起了国内外高能物理学家心中的涟漪,荡起了空间观测暗物质的波澜。

论文发表第一年即被引用400多次,紧接着:

20098月,时任国务委员刘延东副总理专程到访紫台;

200911月,香山科学会议召开,讨论空间观测暗物质粒子可行性;

201012月,中国科学院暗物质与空间天文重点实验室在紫台成立;

20111月,空间探测暗物质粒子纳入紫台一三五规划;

201112月,空间科学先导专项暗物质粒子探测卫星正式启动;

20148月,空间探测暗物质粒子纳入紫台率先行动规划;

201512月,暗物质粒子探测卫星成功发射。

“‘十年磨一剑’,中国科学家在暗物质探测方面取得引人注目的成果。这种瞄准世界前沿、勇创新方法并加强国际合作的做法值得推广,希望科学家们继续努力,勇攀高峰”,这是刘延东副总理当时对我们提出的殷切希望,而现在中国的第一颗天文科学卫星遨游太空业已成为现实。


加强团队建设,引领科学之路,勇攀新高峰 

作为研究员常进是一流的;作为首席科学家,他也是杰出的。一支独秀不是春百花齐放春满园常进不仅自己在科研中取得丰硕的成果,还带领整个团队的发展。

常进还非常注重培养青年科研人员,根据他们学历层次高、知识面广、思想活跃、接受新知识能力强的特点,利用组织生活、学术活动等多种形式教育引导,倾注了大量心血。他的影响和帮助下,青年科研人员迅速成长,在科研创新方面均作出显著成绩,成为暗物质粒子探测卫星项目骨干力量。

2011,项目成立之初,团队平均年龄不足35成员来自不同专业不同学校正是这样一批朝气蓬勃的年轻人,首席科学家周围,攻坚克难,众志成城,解决了一个一个难题,攻克了一个又一个难关从无到有,从生疏到成熟,直到瓜熟蒂落DAMPE成功升空。

一支年轻的团队,是青春的团队,有梦想的青春才有激情,有梦想的人生才有意义,追随着常进首席的步伐,实现着团队的梦想。这支的团队就是这样一群青春的追梦人。

首先,蔡明生张岩以及黄永益在研制高压供电机箱过程中为了降低研制成本决定使用高压模块元器件,独立自主研制紫台自己的高压机箱。他们始终坚持着搞好高压机箱确保载荷工作的信念,顶住压力,攻克高压打火以及性能不稳定的难题,保证了DAMPE正常工作。卫星升空七天,当高压加电成功的喜讯传来后不负吾心、不愧吾心是蔡老师发自肺腑的告白。

整星联合调试测试期间张岩查漏补缺,用一周时间数以百T工程参数事件中发现了一次高压跳变事件。虽然仅有一次,但张岩认为这是隐患,必须解决。经过元器件开盖检查,发现高压模块内有一电阻在国外出厂时就已经出现虚焊现象,成功的避免了一次重大质量事件。

有效载荷副总师郭建华,2009 年开始投入到暗物质粒子探测卫星的研制中,从正式立项前的关键技术预研和方案设计,到立项后的探测器电性件研制、初样鉴定件研制、正样飞行件研制,到探测器顺利入轨并进行在轨测试,在将近8年的时间里负责参加了探测器的物理模拟、工程化以及数据处理等工作。为暗物质粒子探测卫星最终在轨正常工作做出了重要贡献。

中子探测器分系统主任设计师马涛,曾是嫦娥一号嫦娥二号伽马谱仪的主要参研人员嫦娥一号发射时独自在西昌坚守岗位70,嫦娥二号发射时仍然是他独自在西昌坚守岗位70天。由于人手的限制,与中子探测器相关的大量工作都要由马涛负责,探测器设计、研制、封装以及后期的数据处理,马涛和黄永益承担的工作量超过了正常工作量的三倍。

载荷结构分系统主任设计师胡一鸣,与团队成员陈灯意、宫一中通过反复的迭代和优化,最终确定了BGO量能器的物理配置设计、结构设计、热设计、电磁屏蔽设计,最终形成以独有的非金属复合材料空腔蜂窝型箱体支撑结构为核心的暗物质粒子探测卫星BGO量能器的设计方案。该方案顺利通过环境模拟试验,试验前后量能器的工作性能一致,标志着重达一吨,占整星重量58%BGO量能器的超高荷重比关键技术得到了解决。

年轻成员陈灯意,自打来到紫台工作,就融入了实验室这个大集体,不仅承担着结构分系统研制任务,还扮演者保密员、安全员等各种不同角色,默默无闻干着虽不起眼但不可或缺的工作,传承新时代的螺丝钉精神,忘我而无闻默默守护默默奉献。

一忠,五年来,夜夜要照顾瘫痪在家的老人,没有一次因为迟到耽误工作。研制任务虽重但宫老师从未抱怨。这是老一辈紫台人传承下来的宝贵精神。

徐遵磊、张哲、张永强三人组成的地面综合测试小组在短短四年内,先后完成了软件设计、软件开发综测组网等研发任务,完成了电性件欧洲束流测试等测试任务。鉴定件全套尺寸单机三次欧洲束流测试有效载荷三次综合测试、两次与卫星联合综合测试均取得圆满成功。首席科学家对三人的评价是“‘前无古人,后无来者,三人能够抵得整整一个综合测试团队

彭晓艳产假期间坚持到台里加班,汇总报告文件。韦家驹,参与了有效载荷的束流试验、有效载荷的联合测试,同时潜心关注着新型半导体探测器的研制进展,调研最新的科研资料,为实验室的后续发展积累着宝贵经验

虽然有人说过,没有完美的个人,只有完美的团队。但完美的团队离不开个人。这些就是DAMPE有效载荷的研制团队。同舟共济统一行动,百折不挠,勇往直前。所有团队成员围绕在杨戟指挥、常进首席科学家周围,为了DAMPE成功,留下了自己不可磨灭的印记

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