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高波溫度再低一點

生活 更新时间:2024-08-05 15:01:58

中國網/中國發展門戶網訊 如果不是 5 年前的那次要去葡萄牙參加國際溫度大會,如果不是在航班上與一位同行資深專家的深談,高波也許不會像現在這樣驚喜地發現,自己在低溫測量理論研究領域推開的這扇門,将會打開一個多大的世界。

作為一位新媽媽,那時的高波本想找份安穩的職位,但到了低溫計量站熟悉工作之後,她才發現,我國在極低溫計量領域與國際同行間還有較大差距,有很多工作需要做。表面文靜的高波内心那種不服輸的勁頭又被點燃了。“做極低溫計量領域的基礎研究雖然困難重重,舉步維艱,但總得有人去面對,去付出”,高波說。

高波所指的極低溫是指氖三相點溫度(−248.5939℃)以下的溫區,該溫區素來被稱為“諾獎搖籃”,至今已有 30 餘項諾貝爾科學獎成果來自極低溫區,而極低溫區的高精度測、控溫技術是相關重大科學成果的關鍵保障。

當前,深空及暗物質探測、核聚變裝置與大型強子對撞機等 50% 以上的大科學裝置,均嚴重依賴極低溫區基準級測溫技術以及基準—标準—應用級的溫度量值傳遞體系。目前,極低溫區基準級高精度測溫(測量精度

迫不得已,用于“溫度傳遞”的标準溫度計需要定期送至發達國家的基準實驗室進行校驗,并且這個過程非常容易受國際形勢影響,因而受制于人,嚴重影響我國科技創新戰略的實施。更糟糕的是,國内僅存的 7 支标準溫度計還面臨老化的現狀,而僅歐洲大型強子對撞機(LHC)這一個大科學裝置就要用掉 6 000 支标準溫度計。為此國内很多極端條件下的關鍵測、控溫傳感器,隻能拿到發達國家基準實驗室排隊等待一兩年甚至更長時間标定,非常被動。可見極低溫區基準級高精度測溫技術對于我國來說是一個真切急迫的“卡脖子”技術。

法國國家計量院(LNE)是極低溫區領域的國際權威計量研究機構。高波第一次參加國際溫度大會,遇見了法國國家計量院的 Laurent Pitre 教授,“他是一個純粹的科學家,也是個工作狂。當我跟 Laurent 交流的時候,他很感動,沒有想到在中國還有年輕的科技工作者對基礎理論研究感興趣,很熱情地邀請我去他的實驗室做研究。”

與高波同行的一位國内專家建議她把握好這難得的機會,起碼去 Laurent 的實驗室看看。“那位老師告訴我,Laurent 是個天才,他在科學問題上很開放,喜歡競争和分享。那位老師還說,參觀完 Laurent 的實驗室,隻恨自己不是做低溫研究的,不能與這樣的大科學家共事。這句話深深地打動了我。”

在 Laurent 實驗室的那段時間,高波出色地完成了搭建極低溫區聲學基準測溫裝置的任務。Laurent 在驗收時,即激動又驚訝。以往每次搭建完成某種裝置的時候,總是存在這樣那樣的問題,而高波一次性完美通過,讓 Laurent 驚喜異常,當場表示:即便高波今後在中國拿不到資助,也一定要跟她開展合作研究。聽到這番話,高波當時就難以自抑地哭了,在異國他鄉,中國科研人員靠着努力拼搏和勤奮鑽研,用漂亮的工作赢得了國際同行的尊重和認可。

國際溫标建立 90 餘年來,國際溫度咨詢委員會分别于 1927 年、1968 年和 1990 年先後 3 次進行過溫标賦值定義。而在不久的将來,新一代的國際溫标賦值馬上就要開展。高波和 Laurent 鑽研琢磨了現有各種方法的利弊,首創了定壓氣體折射率法,目前這種方法已經被國際溫度咨詢委員會納入草案,列為“極低溫區第四類基準測溫新方法”。理論上這種方法的測量精度要比現有技術提高 30%,并有望沖擊世界最高水平。這是我國科研人員首次參與到極低溫區國際溫标賦值研究工作中,實現了國際溫标建立 90 年來我國在該領域零的突破。

新方法在理論上雖然已被國際認可接納,但如果沒有實驗數據的支撐,隻能變成手冊上單薄的“教條”,更不可能擁有真正意義上的國際話語權。高波這時候亟需實驗裝備來實現這個即将改寫教科書的創新理論,可是沒有資金,她着急的睡不着覺。正一籌莫展時,中國科學院理化研究所所長張麗萍和副所長、中國科學院低溫工程學重點實驗室主任羅二倉伸出援手,向中國科學院國際合作局彙報了極低溫基準建設的重要性及緊迫性。國際合作局通過中國駐法國使館科技處協助,在充分調研合作重要性的基礎上,先行資助“國際夥伴計劃”500 萬元人民币。這讓高波一下子就“回過血”了,立馬利用這筆經費開展了初步的實驗研究。“我用最快的時間聯系加工實驗用的準球腔,盡可能快地搭建出原理裝置。因為隻有産出了實驗數據,才能把這種方法整體打包推向國際溫度咨詢委員會,才有機會在國際溫标賦值過程中占據一席之地。”

随着研究的深入,高波逐漸認識到,要想做到國際領先水平,需要有更多優秀人才加入,更好的科研平台支撐。沒有任何相關經驗的高波,又開始為了自己堅持的夢想去奔波和呼籲。2017 年,在各級領導和業内前輩們的支持下,高波所在的中國科學院理化研究所聯合法國國家計量院、英國國家物理實驗室、德國聯邦物理技術研究院,以及西安交通大學、北京航空航天大學和北京石油化工學院,申請并獲得了國家重點研發計劃戰略性國際創新合作重點專項的資助。

在有了新團隊和項目支持後,中國科學院理化研究所再次給高波注了一針強心劑——為了項目盡快展開,羅二倉研究員主動把自己的實驗室讓出來,給高波團隊提供了位于廊坊園區的 102 平米的實驗室。2017 年 12 月 6 日拿到鑰匙,馬上就緊鑼密鼓地開工,裝修,搭建實驗裝備。在此期間,高波所在公共技術服務中心主任孟祥敏研究員給了大力支持。高波把所有時間都撲在了實驗室上,“我一直持續工作到臘月二十九才回家。大年三十那天,整個後背發麻,懷疑自己得了心梗。去醫院檢查後大夫說,你是太累了,睡兩天就好了。于是,就趁着這‘機會’老老實實地休息了 3 天。”

2018 年 9 月3 日,由國際計量技術聯合會(IMEKO)主辦的“第 22 屆 IMEKO 世界大會”在英國召開。高波團隊展示了極低溫測溫新方法的研究進展,該牆報從 560 篇文章、24 個專業委員會中脫穎而出,獲得大會György Striker Junior Paper Award,這也是中國科學家第一次榮獲該獎項。高波說:“我沒想到會拿獎,溫度其實隻是 24 個專業委員會中不算大的一個領域。本來這個獎應該發給 35 歲以下的青年工作者,我也向評委會如實告知我已經超齡了,應該頒給需要的年輕人。但主席認為我做的工作可以忽略年齡,評委會也一緻通過。之前日本學者已經獲過 3 次獎,但這是我們國家第一次獲獎,也是溫度專業領域第一次獲獎。獲獎後有個評委對我說,高波,你知道嗎?我們進行了三輪評審,最終才确定獲獎者。盡管我們都不認識你,但是這樣出色的工作令你們無法不勝出。”

做基礎研究工作沒有那種所謂的“錢途”,高波對自己的研究領域是發自内心地熱愛,還有沉甸甸的使命感,因為所做的工作使中國人在這個領域得到國際認可。2017 年,高波被國際溫度咨詢委員會接觸測溫分會遴選為“特邀專家”(全球共 5 位,極低溫區領域隻有 1 位);2018 年,高波被亞洲科學院(AASSA)遴選為“亞洲傑出青年女科學家”中國代表(每個成員國僅有 1 位)。

高波說:“現在除了美、英、法、加、日等發達國家,其他國家都沒有建立自己的極低溫區溫度量值傳遞體系,很多關鍵實驗都受制于人。如果我們能夠建立極低溫區基準測溫裝置,成為新一代國際溫度标準的制定者,那麼就能為‘一帶一路’沿線國家提供極低溫區溫度量值源頭,這些國家自己的科技發展其實是非常需要的。”

“在大國崛起的時候,如果一個年輕人能做一點有擔當的事情,對國家崛起有益的工作,這是值得榮耀一生的事情”,高波說,“我就想溫度再低一點,精度再高一點,朝着接近絕對零度的方向去探索努力,這是我一生要為之奮鬥的目标”。(作者:張帆《中國科學院院刊》供稿)

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高波 中國科學院理化技術研究所正高級工程師,中國科學院理化技術研究所-法國國家計量院計量科學與技術聯合實驗室副主任。主要從事低溫溫度計量研究。現為國際溫度咨詢委員會接觸測溫分會特邀專家,“973”項目負責人及首席科學家。

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高波(左三)與國際溫标制定人英國國家物理實驗室Richard Rusby教授(定容法國際權威,左二)、法國計量院Laurent Pitre 教授(聲學法國際權威,左一)讨論國際比對方案

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高波實驗室團隊

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