[学者笔谈] 季向东：探求未知，永恒的使命和追求

• 暗物质无处不在，我们研究的第一个目的就是为了能够将其探测出来，但目前为止，地球上最灵敏的探测器都无法探测到它的存在。
• 目前，这项实验的进展非常迅速，我们已经确定了总体方案，探测器也正在建造之中，我们预计明年初能开始在四川开展实验。
•  上海交大的物理学科发展正处于一个急速的转型期。我对交大物理系的定位是：它应该成为中国最强的物理系之一，成为交大最强的院系之一。
•  我一直致力于物理系文化的塑造和养成。我积极推崇一种“大家都来参与、大家都有责任”的文化。我希望物理系以后的发展能够靠这种文化来推动它不断向前。

　　记者：季教授，您好！有人把 暗物质的研究比喻成“打开通向未知世界大门”。我们曾经以为，身边各种形形色色、大大小小的物质，无论是目之所及，抑或目之所未及，都是由分子、原子、中 子等组成的；而现在这种传统认识正遭到质疑和挑战。您能否告诉我们，到底什么是神奇的“暗物质”？也请您对自己所从事的领域作一个简单的介绍。

　　季向东：暗物质暗能量是基础物理的前沿问题。今年获得诺贝尔物理奖的三位物理学家，他们的贡献是发现了暗能 量。随着现代科学技术迅猛发展，特别是近二、三十年来，人类对宇宙有了比较深刻的认识。以前，我们以为地球、太阳、星星等这些物质的研究已经就是宇宙的全 部了。其实并非如此，主宰着宇宙命运的，并不是我们平常所熟知的原子、分子之类的物质，而是暗能量和暗物质。根据现在的了解，暗能量约占宇宙总能量的 73%，暗物质约占宇宙总能量的23%，两者之和就占到宇宙总能量的96%。暗能量和暗物质它们的本性是什么？尽管我们知道它们在宇宙中占有多少比例和成 份，但研究起来还是很困难。在物理系的粒子物理宇宙学研究所，有一批人在研究暗能量和暗物质这些看来像是虚无飘渺的东西，我们称自己为“96%团队”（研 究宇宙普通物质之外那96%能量的团队）。其实，在我们身边，暗物质无处不在，我们研究的第一个目的就是为了能够将其探测出来，但目前为止，地球上最灵敏 的探测器都无法探测到它的存在。

　　记者：季教授，既然连最灵敏的探测器都无法探测出来，如何攻克这项难题？您正在进行的“基于液氙的暗物质探测实验”，您能给我们介绍一下实验情况吗？

　　季向东：我们暗物质实验研究团队的两位成员Karl Giboni教授和倪凯旋特别研究员正在参加国际“液氙合作组”（XENON Collaboration）在意大利Gran Sasso国家地下实验室进行的XENON100暗物质实验。这个实验是目前正在运行中的世界上最大的暗物质直接寻找实验。近两年来取得了丰富的成果，在 国际大报和科学杂志上都有介绍。我们团队当前最主要的任务是，运用液氙技术研发下一代的吨量级的暗物质探测实验，利用位于四川的中国锦屏山地下实验室开展 研究，这个实验空间是由清华大学和二滩公司开发提供的。

　　记者：我们知道，您组成了一个国际性合作组在开展这项实验，现在的进展情况如何？上海交大在研究团队中扮演什么样的角色？

　　季向东：回想起来，我们做这项实验是从零开始的，因为上海交大以前没有粒子物理，2009年，我们几个来到 交大后才开始这方面的研究。学校给予了我们多方面的大力支持，我们也招聘了很多的研究人员，组成了一个交大团队。而我们的实验合作组也有来自于其他单位成 员，包括山东大学、中科院上海物理研究所和美国密西根大学等，是一个国际性的大型合作团队。在这个合作组中，上海交大的研究团队处于主导地位。目前，这项 实验的进展非常迅速，我们已经确定了总体方案，探测器也正在建造之中，我们预计明年初能开始在四川开展实验。

　　说到探测器，我要解释一下。因为暗物质跟普通物质几乎不相互作用，所以由普通物质而建成的探测器很难感知它的存在。暗物质有点像“幽灵”，到处 都有。但我们要把这个“幽灵”给“抓住”的话，需要造一个非常灵敏的探测器。现在世界上有很多团队都在寻找暗物质，用的探测手段各有不同。我们是利用比较 成熟和易于做大的液氙技术，将氙气制冷至零下100°C，使其变成象水一样的透明液体。当暗物质跟氙原子发生碰撞时，氙原子就会发光，同时也会产生自由电 子。我们的工作就是要想办法把这些微弱的光和几个自由电子探测出来，而且确认这些信号不是由其它原因引起的。

　　记者：这的确是一项世界前沿、规模比较大的基础性研究。该项目完成后对上海交大，乃至整个国家将产生怎样的深远影响？

　　季向东：这项研究的意义在于：一是为开拓学生视野提供难得的机会。知识探求是学校人才培养的重要方面。在研 究的过程中，有很多本科学生和研究生加入到我们行列中来，他们有机会在国际化的大研究团队中，做一些世界科技前沿的探索，是一种非常好的实践锻炼机会。二 是提升和引领学校发展的基础研究。到目前为止，上海交大在科学前沿的基础性研究还不是很多，而在国外，一流的大学都有很强的基础研究。因此，对交大而言， 开展这种原创性的、世界前沿的基础研究非常必要和有意义，对学校的科研、人才培养和学科发展必将起到重要引领作用。三是重大基础问题研究能力的提升是国家 科技进步的重要体现。我们这个项目获得了科技部973项目和自然科学基金委的大力支持。国家很重视科学前沿的探索，特别是高度重视重大基础问题的研究。综 观科学前沿的很多方面，我们国家与国际先进水平还存在着大的差距，如何在若干方向的上赶上世界先进水平，直接关系到科教兴国战略的顺利实施。

　　记者：您刚刚当选中国物理学会常务理事。您和交大将在其中发挥怎样的作用，这对提升交大物理学科将产生怎样的影响？

　　季向东：中国物理学会是全国物理学工作者自愿组成的学术性、公益性社会团体，它坚持实事求是的科学态度和优良学风，倡导“献身、创新、求实、协作”的精神，努力促进物理学和有关科学技术的繁荣和发展，是发展我国物理学科技事业的重要社会力量。

　　上海交大的物理曾经是一个服务性的学科，它是为其他特别是工科的发展提供基础课教学服务。但现在大家越来越多地认识到，这种传统的认识和布局， 显然不是一个长久规划。在世界一流大学中，像麻省理工、加州理工等这样的世界名校，强大的理科形成了强大工科的坚实后盾。虽然他们的工科在全世界独占鳌 头，但他们的理科也同样是非常的强大，这说明理工科齐头并进的发展不单是非常重要，而且是非常必要。理科的发展的确能对工科起到很大的推动作用，特别是国 际上工科发展的前沿和很多物理学研究非常贴近。我在马里兰大学上的量子力学课，就有很多化学、电院和材料学院的人来听。我们交大的领导，还有许多其他学院 的老师们都希望把交大的物理学科发展起来。因此，我们要努力使物理学界更多地听到交大的声音，这对交大物理学科以及其他学科的发展都有重要意义。通过参加 中国物理学会的很多活动，加强上海交大物理系在物理学界的活跃度，可以和国内外同行一起探讨中国物理学科发展的未来，以此大幅度提升交大物理系在国内外物 理学界的地位，实现交大物理学科的跨越发展。

　　记者：季教授，您除了是一位世界知名的物理学家，同时也是上海交大物理学科的带头人，并担任物理系的主任。能不能请您介绍一下，上海交大物理学科的发展态势如何？

　　季向东：上海交大的物理学科发展正处于一个急速的转型期，主要体现在以下几个方面：一是从服务全校基础教学 向交大的重要学科转变，再向成长为学校的一个旗帜性学科转变，在这一转变过程中，物理学科必将成长为上海交大的一个亮点。二是从应用研究向基础研究的转 变，过去相当长的一段时间，我们一直把眼光和精力聚焦在应用领域，而物理研究的引领必须从重大的基础性问题入手。三是上海交大的物理学科正处于向世界一流 物理学科奋起直追的一个阶段。我们要认真把握好这个转型期的发展，实现大的高质量的跨越。

　　记者：上海交大物理系在国内外高校中处于什么样的地位？它的发展定位是什么？发展瓶颈有哪些？面向未来，您对物理系的发展规划有何设想？

　　季向东：自然科学基金反映了一个学校、一个院系科学研究的活跃程度。在今年国家自然科学基金中，上海交大物 理系拿到的基金数在国内高校中应是最多的之一。当然，我们离国内最强的物理系，象南大、北大、科大等，还有一定的差距。和国外一流高校的物理系相比，我们 的差距更大。但以前的差距可能是一个数量级的差距，现在这种差距正在减小。

　　我对交大物理系的定位是：它应该成为中国最强的物理系之一，成为交大最强的院系之一。虽然起步晚，底子薄，但她正在迎头赶上，保持一个非常强劲 的发展势头。在十二五规划中，我们制定了很多目标，为自己树立了努力的方向。这个定位需要学校和物理系都达成共识，必须凝聚多方力量，我相信，有学校和兄 弟院系的支持，我们踏踏实实去努力，就一定能够取得成功。

　　当前，物理系的发展瓶颈在于：一是资源的匹配。要把物理发展成为一个交大的亮点，必须加大资源投入力度。随着国家综合国力的提高，经济社会发展 迅速，出国深造的很多优秀人才都想回国，如何把这些人吸引到交大，是我们的首要任务。我认为，上海交大的将来，十年或二十年之后，很大程度上取决于现在吸 引到什么样的人才。二是我们的管理制度与世界一流大学还有相当距离。破解这个瓶颈需要倡导一种新的文化，通过文化建设来完善管理制度。我们亟需培育一种人 人有责任感的文化，一种信任的文化。如何使我们的教授更有责任感，能够时时处处为集体利益着想，为学校利益着想？怎样多倾听教授的声音，真正实现教授治 学？这需要大家共同努力的。

　　我来到交大物理系以后，做了很多铺垫的事情。我一直致力于物理系文化的塑造和养成。我积极推崇一种“大家都来参与，大家都有责任”的文化。我希 望物理系以后的发展能够靠这种文化来推动它不断向前。同时，在一种文化的引领和感召下，每位教授对物理学都非常感兴趣，并将其作为一生的追求，都在思考如 何把物理研究做好，怎样把学生教好、培养好。每一位老师对待自己的职业，不仅仅视其为一份工作，而是他们真正的兴趣所在，都有一种神圣的责任感，对学生付 出真心和责任，对研究有锲而不舍的精神，形成一种蓬勃向上的良好氛围。