安心科研 踏实教学——记首都师范大学物理系教授纪安春

本刊记者 邵 华

安心科研 踏实教学
——记首都师范大学物理系教授纪安春

本刊记者 邵 华

《论语·雍也第六》里说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”兴趣看似飘渺虚幻，但确实具有神奇的内驱动作用，这一点在科学研究中是有例子可循的。

来自首都师范大学物理系的纪安春教授就是一位以兴趣作科学研究原动力的科研工作者。大学里原本学自动化专业的他，因为对物理学的热爱，毕业之后毅然报考了北京大学物理学院的硕士研究生，凭借着自身对知识的渴望以及导师的耐心辅导，他很快走上了物理研究的道路，在北大物理学院完成硕士及博士课程后，2007年，他又到中国科学院物理研究所继续博士后的研究，2008年，纪安春到首都师范大学物理系任教，过上了科研教学两不误的生活，他说他希望将自己的学术体验传递给学生，培养更多的有识青年。

努力探索未知世界

科学是探索未知，发现规律的过程，艰苦的探索可能获得重大的发现，也可能一无所获。这就意味着从事科学研究的人，需要有一种默默无闻的精神，需要全身心的投入。

在中科院物理研究所，纪安春所在的小组在光与物质相互作用研究领域取得进展。他们发现光学微腔阵列可以有效地实现量子铁磁相和反铁磁相，并进一步预言存在一种新颖的超逆流凝聚相(Super－counter－fluidity phase)。这一研究成果已发表在2007年11月2日出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters，99，183602 ，2007）上。相关研究得到中国科学院、国家自然科学基金委员会和科技部的支持。

此外，纪安春还与同事们一起设计了一个光学微腔阵列，每个微腔包含一个V型三能级原子。由于光子之间的强相互作用，横向极化的光子之间会形成混合。通过调节偶极跃迁矩阵元以及不同光学微腔之间的跃迁几率，这个体系可以有效地实现量子铁磁相和反铁磁相，同时他们进一步预言存在一种新颖的超逆流凝聚相，并详细地研究了如何在实验上观测超逆流凝聚相。超逆流凝聚相可以应用于设计新型的光学开关。这项新的研究工作有利于进一步认识光与物质相互作用。

纪安春还对物理界“看不见摸不着”的原子十分感兴趣。他表示，自从1995年实验上成功地实现了超冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚之后，冷原子物理立刻成为一个非常重要的研究热点。其中有一个令大家非常感兴趣的问题是：如何在实验上来产生和观测分数化的涡旋。针对这个基本的物理学问题，纪安春研究了F=1的23Na原子凝聚体的分立对称和1/2量子涡漩的基态性质以及他们的动力学过程，给出了如何在实验上实现这种新奇拓扑激发的具体步骤，为实验上实现这种拓扑激发提供了一条切实可行的路径。相关研究成果发表在2008年PRL上。

最近几年来，冷原子开始与腔量子电动力学的研究结合起来。特别是2005年，美国Kimble小组在Nature杂志上发表了光子阻塞效应相关实验，为凝聚态物理和量子信息的发展开辟了一个新的研究方向。2007年，纪安春研究了光子的多体强关联效应，预言在二维光子晶体带隙微腔阵列中可以实现极化光子的自旋关联，同时系统的基态可能是超逆流凝聚相；纪安春还和同事一起构造了光子自旋梯子，它对将来构造量子计算装置是很有意义的。相关研究成果发表在2007年PRL上。

2008年，纪安春来到首都师范大学后，继续在腔量子电动力学领域展开深入研究。他考虑了两个微腔之间的弱耦合，实现光子的直流和交流Josephson效应，从而可以实现传统的量子光学无法观测到的相干效应。这个工作发表在2009年的PRL上。此工作被Nature专刊Nature China作为重要进展做了介绍，指出：“这方面的进展将帮助科学家探索量子光学新的现象，并实现未来的量子器件”。

前不久，纪安春还申请了名为“新世纪优秀人才支持计划”的项目，他表示，若能获得项目资助，他将在腔与冷原子相互作用展开深入研究。具体研究计划是：

1．研究在一个微腔中装入冷原子，并在其中加上远失谐的光晶格，然后研究腔和原子的非线性耦合。纪安春和同事们发现冷原子体系可以打开一个能隙，这个非常类似于固体物理中的Pierls相变。同时，腔场会出现一个光学双稳定性。例如：如果考虑1D简并费米子气体与腔场的耦合，腔场可能会引起稳态相变，即从自由费米子气体到密度波金属或者绝缘体转变 。

2.研究当把极性分子加入到腔里面，同时考虑它的旋转，极性分子的旋转基态和第一激发态就是一个有效的二能级体系，这样就可以同时考虑腔场和旋转自由度以及极性分子的偶极相互作用的耦合，这个体系将会展现出非常丰富的物理内容，这将为模拟量子力学以及实现量子操纵提供了一个非常有竞争力的方案。

3．研究1D简并玻色气体与腔场的耦合。该体系会出现光力学振荡。目前，光力学耦合是物理学中一个非常重要的研究热点，它对于高精密测量、引力波探测、量子计算以及量子力学基本概念的研究都具有重要研究价值。计划研究1D简并玻色气体原子间的强相互作用对光力学到底会产生什么样的影响。

4.1D相互作用的量子体系是典型的强关联体系，其中自旋电荷分离是一个非常重要的现象。基于1D简并玻色气体与腔场耦合的光力学振荡行为，可以非常方便的来研究上述强关联行为。目前该研究已经展开，并得到了一些有意义的初步结果。

热心从事基础教学

面对已经取得的成绩，纪安春从不居功自傲。除了繁忙的科研、教学和指导研究生之外，他把很大一部分精力花在了本科生的基础课教学上。

自2008年到首都师范大学物理系任教以来，纪安春负责讲授了《大学物理》、《电动力学》、《数学物理方法》、《量子统计》等课程。其中，《数学物理方法》和《电动力学》是主讲课程。在教学中，他不断探索和改进基础理论课的教学方法，取得了较好的效果，受到学生的欢迎。为此，系里还专门请他上了两次全系公开课，得到全系教师的肯定和好评。

对于培养学生，纪安春有他自己的看法。他表示，培养学生最重要的是传授给他们科学的思维方式以及知识背后的东西。由于科学是舶来品，虽然经历了一百多年几代人的努力，科学的思想仍然没有能够很好的融入我们的文化和生活。特别是众所周知，我们的中小学教育向来偏重知识的被动传授，而长期漠视科学思想、科学文化以及人文精神的培养。对于一个大国的崛起和民族的创新来说，后者才是根基所在，是孕育无限可能的土壤。纪安春表示，他自己在中学时代就特别厌学，对被动传授的知识具有很强的抵触情绪，更谈不上对知识会产生多少兴趣。老师向来只是强行要求学生机械地接受知识，把知识变成权威。同时学校、老师和家长联合编织成一张恢天大网，把学习知识变得至高无上，变成升学乃至升官发财的工具。至于科学人文精神竟然似乎和我们的教育没有一点关系。由于众所周知的原因，目前的中小学教师有的迫于外界压力无法自由向学生传输科学人文思想，有的自身科学人文素质也有待提高。而师范类大学是直接培养中小学教师的摇篮，师范类大学生的学识、能力和人文科学精神境界的高低将直接决定着每一天千百万个中小学课堂的教学成败，同时也决定着这个民族的未来。纪安春强调，师范类大学首先要特别重视基础课的教学，没有基础就没有一切。其次，在基础课的教学当中，最重要的不是传授知识的多少，而是要引导学生去体验和感悟知识创造的过程，使学生在获得知识的同时，融入科学的精神。

教学之外，纪安春还主持了1项国家自然科学基金面上项目，参加1项973计划的子课题以及1项国家自然科学青年基金。2011年他担任了第26届国际低温物理大会“量子气体、流体和固体分会”地方委员会委员，以及理论物理北京市科研创新团队成员。

一生不事张扬，在生活里不显山不露水，只知默默耕耘，如一老农，这就是我们眼中的纪安春——一个总说自己普通但却不普通的大学老师！