□　倪海波
　　
　　
　　俗话说眼见为实，但有时外表看起来千差万别的东西，其实却是由同一种元素构成的，譬如金刚石与石墨。为什么两者的物理性质会相差甚远呢？这是因为物质的结构决定了物质的性质——两种物质中的碳元素的排列结构并不相同。
　　如何才能观察到物质的微观结构和动态呢？中子散射就是一种强有力的探测手段。与光一样，中子具有波粒二象性，既有波的性质，可以反射、折射、衍射、吸收，也具有粒子的性质，可以被散射等。中子由于不带电，因而能比其他探测方式更为轻松地穿透物质。而当中子束打到被研究的样品上时，大多数中子会不受任何阻碍地穿过样品，但也有一些中子会与研究对象的原子核发生相互作用，从而改变其运动方向，向四周“散射”开来。研究人员通过分析中子散射的轨迹、中子和物质发生作用时能量和动量的变化，就能够反推出物质的结构。
　　早在20世纪五六十年代，加拿大麦克马斯特大学的伯特伦·布罗克豪斯和美国麻省理工学院的克利福德·沙尔就分别开始从事中子散射技术研究，并将这一技术运用于凝聚态物理的研究，取得了重大成果。他们二人也因此共同被瑞典皇家科学院授予1994年度诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院在通报中说，他们的贡献在于：“沙尔帮助解答了原子在哪里的问题，而布罗克豪斯帮助解答了原子在做什么的问题”。
　　作为核科学的重要应用之一，中子散射技术自发明以来，在研究高分子、固体物理、磁性材料、软物质和液体等方面均取得了辉煌成就，已成为物质科学研究和新材料研究的重要方法，日益受到各国重视。清华大学工程物理系教授王哲就是该领域的年轻学者之一。“85后”的王哲凭着对物理的热爱与执着，不断在该领域潜心钻研，希望依托清华大学这一优秀平台，为我国中子科学的发展献出一份力。
　　
兴趣指引 走上科研路
　　兴趣是最好的老师，也是指路的灯塔，更是人生前进道路上的动力之源。当面对挫折、感到困惑的时候，浓厚的兴趣总能助人一往无前。
　　博士毕业于美国麻省理工学院的王哲，其求学之路并非一帆风顺，也曾经历高考落榜。但如同每一枚硬币都有两面一样，落榜是挫折更是机遇。通过一年的刻苦复读，他的成绩得到进一步提升，并最终考取了清华大学工程物理系。“我对物理挺感兴趣，但觉得念纯理论物理并不合适，就选择了更偏工程或者说是应用层次的学科。”谈到选择专业的初衷时，王哲回忆说。当时对大学专业并不十分清楚的王哲，冥冥之中在兴趣的指引下，开启了物理研究的大门。
　　工程物理系中的核科学与技术一级学科是清华大学的传统和优势学科，曾连续3次在全国一级学科评估中排名第一。正是在这所百年名校良好学风的熏陶下，在工程物理系培养高素质、高质量、具有国际化视野的理念的影响下，4年中，王哲不仅对核技术及应用、技术物理等学科有了初步的了解，也更加坚定了走上科研之路的信念。
　　
名师指点 学业锐意进取
　　青年时代的所见所闻，常常会深刻地影响一个人的世界观、价值观的形成，甚至会决定一个人的人生规划。本科毕业后，被誉为“世界理工大学之最”的美国麻省理工学院就成为王哲新的起点。身处世界顶级学府，其自由的学术气氛和严谨的科研态度深深地触动了王哲，使他很快成长起来，并为日后从事中子科学研究工作奠定了扎实的基础。
　　2010年至2015年期间，王哲在麻省理工学院核科学与工程系攻读博士，师从国际著名中子散射知名专家、美国中子散射协会终身成就奖得主陈守信教授，学习中子散射技术及其在液体物理中的应用。“我的老师是诺贝尔奖获得者布罗克豪斯的开山弟子，他在20世纪60年代就去麻省理工学院当教授了，相当于我的师公就是我们这行的鼻祖。”采访中王哲介绍说。名师出高徒，在陈教授的悉心指导下，王哲利用中子散射技术在水的低温性质方面取得了系统性的成果，而这项成果也被美国科学院院士H. E. Stanley教授高度评价。
　　学海无涯，上下求索。凭借博士期间的优异表现，毕业后的王哲加入了美国橡树岭国家实验室中子科学部，开始从事博士后研究工作。在近两年的时间里，王哲利用中子散射技术，结合计算机模拟和流变学测量，对复杂流体、高分子物理和无序材料展开深入研究，并取得了原创性的重要成果，特别是在高分子材料在非线性流动区域的微观结构方面。
　　2015年秋，王哲加入橡树岭国家实验室中子科学部的软物质结构与动态研究组，并与该实验室纳米相材料科学中心的流变学专家王阳阳博士合作，利用中子散射技术，对高分子材料在非线性流动情况下，分子尺度上的形变进行了研究。作为当今应用最广的重要材料之一，高分子材料的宏观形变特性和微观基础历来都备受关注，一直是研究热点。但传统的研究方法过于粗糙，无法体现高分子材料在分子尺度上的形变细节，并在测量和计算上长期存在难以解决的漏洞。
　　为此，王哲他们提出了“球谐函数展开”方法，不仅从根本上解决了该问题，还为研究高分子材料在非线性区域流动时分子尺度上的形变提供了新的框架，并最终发现该领域最有影响力的理论“管道模型”（tube model）会在短时间尺度和分子尺度上失效。这一发现解决了该领域内30年来争论未决的重要问题。基于此，王哲作为第一和共同通讯作者的论文不仅刊发在Physical Review X上，并被选为“Viewpoint in Physics”。据悉，Physical Review X 作为Physical Review系列期刊中影响因子最高的期刊，一年仅发表200篇论文，其中仅有1/10左右的论文会被选为 Viewpoint in Physics，王哲他们的研究对于高分子材料形变研究的重要意义不言而喻。
　　与此同时，在复杂流体的物性研究方面，王哲也取得了不俗的成绩。他与该实验室的中子散射专家陈威仁合作，利用流变—小角中子散射方法，对于复杂流体在非线性流动情况下的微观机理进行了定量的研究。在回到清华大学工作之后，王哲继续了这一研究，并得到描述该情况下流体黏度的模型。王哲作为第一和共同通讯作者撰写的相关论文发表于Physical Chemistry Chemical Physics上，同时因其创新性，该文被选为卷封底论文并入选年度热点论文。
　　博士后研究期间，精彩而丰富的经历也帮王哲确立了日后的科研方向。“我现在的研究方向的一部分想法是在那时形成的，当时我和橡树岭的同事开始思考这个问题，即研究一些流体或者软物质在非平衡态下的某些性质。我觉得挺有意思，它既有理论的根基也能和物理学联系，在化工等行业具有很大的潜在价值。”王哲介绍道。
　　
学成归来 书写中子研究新篇章
　　基于中子散射技术在物理、化学等诸多行业领域内的重要作用，近10多年来发达国家相继投入大量经费，建造了一批先进的中子大科学平台，譬如德国FRM—Ⅱ、澳大利亚OPAL、美国SNS、日本PARC等。同时，随着我国基础科学和高新技术产业的快速发展，近年来我国也斥巨资建成或在建多个大型中子源，包括中国先进研究堆（China Advanced Research Reactor，CARR）、中国绵阳研究堆（China Mianyang Research Reactor，CMRR）及中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）。
　　而作为国内顶尖学府，清华大学也于2009年立项建设微型脉冲强子源（Compact Pulsed Hadron Source，CPHS）。CPHS已于2013年获得3MeV质子束流和热中子束流，并于2019年升级至13MeV，同时已安装低温慢化器以获得冷中子束流，小角中子散射束线也正在设计建造之中。科技发展的核心在于人才，当时清华大学正需要像王哲这样的专业人才，校方认为“王哲博士在中子散射相关科学方面做出了国际同行公认的重要研究”，便向他发出了诚挚的邀请，。同时在王哲看来“这次机会也的确不容易”，彼此的认可使他踏上了归途，之后他便以助理教授的身份加入了母校，成为中国中子散射技术和应用方面的一名青年学者。
　　万事开头难，但王哲早已做好心理准备，“有困难就克服一下，总得有一个过渡的阶段，我觉得这是不可避免的。”从2017年至今，王哲一直抱着乐观的心态，积极准备着各项工作。“我们系是一个老系，没办法马上腾出实验室，之前我基本上都是在外边借别人的实验室去做一些样品的准备，或者是测量之类的工作。”办法总比困难多，积极的王哲总是想尽办法达成目标。如今经过调整，他的实验室即将可以投入使用，为他下一步的研究做好准备。
　　除了硬件设备，在研究人员方面，王哲也是抱着慢慢培养的心态。“2017年时，我招了一个学生，当时他是大四。我觉得磨刀不误砍柴工，前两年我就希望他能专心念书学习，把基础打好，不让他们做实验室打杂的事儿。而且我们系是一个偏工科的系，他们要学的东西比较多，我自己大概写了三四百页的讲义去给他们讲课，总得让学生熟悉一下这个学科，得有一个成长的过程，前两年我自己拼下来就行。”两年中王哲一力承担了实验室所有的工作，只为学生能够更好地成长。
　　学科建设对于王哲来说同样重要，这是他作为高校教师的另一项重要职责。为了准备好本科生和研究生的课程，王哲花费了半年多的时间，每天“朝九晚十”不辞辛苦。“中子散射原理和应用课程是新开设的，我愿意把它做好。而且系主任王学武老师也特别支持我，他一有空就会来听课，对我的启发特别大。”今年9月份，这门课程正式开讲，将为我国培养中子散射人才、推广中子散射在中国的发展献一份力。
　　与此同时，忙碌的王哲在科研方面也从未松懈，目前他已申请了国家自然科学基金项目，拟结合小角中子散射技术和流变学方法，研究两类代表性的复杂流体（高分子熔体、胶体分散体）的流动与形变。高分子熔体、胶体、凝胶等物质，由于其成分和性质较为复杂，常被称为复杂流体。诺贝尔物理学奖得主、法国物理学家Pierre-Gilles de Gennes在他的诺贝尔奖演讲中将这类物质称为“软物质”。这类物质广泛存在于化工、食品、化妆品以及制药等行业当中。它们的形变和流动特性在相关工业中扮演着举足轻重的角色。因此，研究复杂流体的形变和流动性质具有丰富的技术发展实际价值，一直是软物质物理的热点问题。
　　未来，王哲将依托国际主流大型中子源、清华大学物理系正在建设的微型脉冲强子源和小角散射谱仪等装置，与中国工程物理研究院绵阳研究堆（CMRR）的科研人员通力合作，并在大连理工大学马红卫老师、橡树岭国家实验室陈威仁研究员等人的帮助下，开展相关研究。“中国中子科学研究的起步虽然晚一些，在我国还是一个新生事物，但国家很重视，目前它正处于朝阳期，未来会有更好的发展。”满怀信心的王哲还将继续前行在中子科学的研究道路上，不断攀登新的高峰。