在“反物质”世界探秘的逐梦者

吴彪

上世纪80年代，看似平静的气氛中，暗暗蕴藏着变革的因子。一些不安于现状的人，敏锐地捕捉到时代孕育的变革气息。他们决定，为了理想远离家乡，到外面的世界闯荡一回。1989年，21岁的马余刚，刚从杭州大学毕业（现为浙江大学），为了自己钟爱的核物理，他毅然搭上开往甘肃兰州的绿皮火车，一路向西去到千里之外的中国科学院近代物理研究所，继续他的学业。带着亲人的牵挂，离开山清水秀的南方，到达拥有漫长戈壁滩的西部，他未曾想过未来会是什么样子。

27年后，当年那个激情满怀的年轻小伙子，已经成长为中科院上海应用物理研究所的副所长，在核物理领域已是领军式的人物。从过去到现在，当马余刚与人聊起自己的职业时，别人总会误认为他是制造核武器的，遇到这种情况，他总是不厌其烦地解释：“除了核武器，核物理还有最重要的部分，就是我们所从事的基础研究部分。如果早年没有核物理学家们对基础理论的研究，当年核武器是造不出来的。”

勤奋好学 年少获殊荣

马余刚的“出类拔萃”在年轻时就有迹可循。1985年高考，分数超出重点线很多的他，轻松进入杭州大学物理系。4年本科学习，每次考试都名列前茅，毕业时他被免试推荐进入中科院近代物理研究所继续攻读硕士学位，师从我国著名物理学家、中科院院士沈文庆老师。1991年，跟随沈文庆老师从兰州回到中科院上海应用物理研究所的马余刚没有想到，3年后刚博士毕业的自己会被破格晋升为研究员，成为当时全国最年轻的教授级专家。29岁那年，马余刚获得了国家杰出青年基金，在这个年纪获得如此殊荣的人更是屈指可数。马余刚感慨：“当年，我是第三届杰出青年，现在也算是老杰青了！”

谈起26岁破格晋升为研究员的那份殊荣，他谦虚地说：“当时正值我们国家核物理人才青黄不接的时候，年龄断层非常厉害。大家发表的文章还不是很多，恰恰我在博士期间，以第一作者的身份在国际一流杂志上发表了一系列关于核反应动力学和核液气相变的文章。因此得到了沈文庆老师以及杨福家所长等的认可，没有前辈对我的信任，那份殊荣就不会属于我。”

其实，在信息获取相当不便捷的年代，能有大量文章发表并非易事，这完全得益于马余刚的勤奋。尽管当时图书馆可供选择的书不多，且大多不是原版，但马余刚还是抓紧时间往图书馆跑。为了节省复印资料的钱，每次去他都会带上笔记本，把有用的知识摘抄在本子上。有关物理的专业性杂志、书籍，他都会拿来仔细看、认真想。尽管在《物理评论快报》上有关核物理的文章不一定每期都有，但他觉得，了解物理学其他分支学科的发展状态也非常重要。核物理的《物理评论C》，粒子物理的《物理评论D》他都会一篇篇看，甚至文章末尾出现的参考文献，他都会找来仔细研读，通常阅读到很晚才睡觉。沈文庆老师曾说过：“马余刚最大的特点就是刻苦，无论在兰州，还是上海。许多人反映，小马所在实验室的灯总是全所最晚关的。”

通过翻阅大量杂志，知识积累起来了，国际同行的最新动态他也了如指掌，思路更加开阔了。“虽然那时信息技术不发达，但知识学得却很扎实，后来很多研究都得益于那时学到的知识。”1999年，马余刚发表在物理学顶级刊物《物理评论快报》上一篇名为“信息论在核液气相变中的应用”的文章，就是翻阅《物理评论D》中有关粒子物理的资料和信息论的资料受到启发，着手开始研究的。他认为知识是相通的，粒子物理的知识同样可以拓展到核物理的研究上。做有关核反应反应截面的研究时，沈文庆老师当时提出一个参数化的公式，马余刚受到了启发，开始考虑从微观的角度去研究反应截面。这涉及到在数据模型里怎么算穿透系数的问题，之前从来没有人算过。关键时刻，储备的知识派上了用场，最终马余刚利用核子与核子的碰撞数解决了穿透系数的计算问题。不同方向间的相互借鉴，使原本深奥的问题展现出未被人发现的简单一面，马余刚觉得这正是科研的乐趣所在。

全力投身科研 荣誉接踵而至

自1991年随沈文庆老师回到上海应用物理研究所后，除却中间到法国岗城核与粒子物理实验室和美国德克萨斯农工大学访问的那段时间，马余刚一直扎根在所里。工作单位没变，但马余刚的研究角度却一直在变，一直在向纵深发展。随之而来的，是一项项荣誉。

1995年，他被评为上海市十大“杰出青年”；1997年，被评为上海市“科技精英”；两年后，获中国科学院青年科学家奖；2000年，马余刚成为1999年度“百千万人才工程”第一、二层次人选，并在这一年开始享受国务院特殊津贴；2004年，获得“上海市优秀专业技术人才”称号，同年获得第五届上海市自然科学牡丹奖；2005年，他被评为上海市优秀学科带头人；时隔一年，又获中国青年科技奖；2007年至2010年度，被评为上海市先进工作者。

除了几乎每年的荣誉加身，他参与的科研项目也纷纷获奖。2001年，马余刚作为第二完成人的“重离子核反应的集体效应和奇异核产生及其性质研究”，获国家自然科学奖二等奖：2008年，马余刚作为第一完成人的“中能重离子碰撞中的核液气相变和同位旋相关的物理研究”，获上海市自然科学奖二等奖；2010年，“相对论重离子对撞机上发现首个反超核粒子一反超氚核”，入选“中国科学十大进展”；2014年，马余剛作为第一完成人的“相对论重离子碰撞中的反物质探测和夸克物质的强子谱学与集体性质研究”，获上海市自然科学奖一等奖；2015年，由于成功领导了sTAR-TOF的研制以及在反物质探测的先驱性工作，他当选为“美国物理学会会士”，并获得“国际华人物理与天文学会一亚洲成就奖”，同年“实现对反物质问相互作用力的测量”入选“中国科学十大进展”奖。

2015年领取“中国科学十大进展”奖时的情景，马余刚记忆犹新。他说：“去科技部领获奖证书，当天坐早班机飞到北京，晚上又匆匆飞回上海，相当于打了个‘飞的。”打“飞的”只为去领奖的事情，放在忙得团团转的马余刚身上，足以证明他对奖项的重视程度。在他看来，每个奖项的背后都是自己辛勤付出的结果，每一个都应当被珍惜。

RHIC-STAR助力获国家自然科学奖

2016年，分量最重的奖项如期而至。在题为“重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究”的项目中，马余刚带领团队，用多年的努力与坚持，换来了久违的国家自然科学奖。“这是新世纪来高能核物理领域获得的第一个国家奖。”马余刚难掩兴奋地告诉记者：“自2007年中科院近代物理研究所在低能核物理领域获国家自然科学奖以后，将近十年的时间，整个核物理领域在国家奖上的获奖状态一直是空白。”十年磨一剑，这个奖项实至名归！

“大爆炸宇宙论”认为，宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后形成，之后逐渐膨胀、演化、发展到了今天的物质世界。理论上，在大爆炸后的几个微秒，存在着一种新的物质形态，即夸克一胶子等离子体（QGP），然而除了普通的物质以外，人们一直未能观测到QGP，因此寻找和理解QGP，探索正反物质不对称性的深刻机理成为现代物理学的基本问题。

此次的获奖项目，正是针对上述目标开展的深入、系统的研究。在研究过程中，作为STAR-中国组召集人，马余刚领导课题组与RHIC-STAR国际合作组其他中、外方科学家开展了紧密合作，并取得了一系列原创性成果，为揭开宇宙的深刻机理做出了不可磨灭的贡献。

为提升STAR探测器的粒子分辨能力和开展卓越的物理研究，项目组成功研制出运行在重离子对撞机实验的基于MRPC技术的大型飞行时间谱仪，极大提高了STAR探测器的粒子鉴别能力和物理能力。美国合作方曾對此表示了高度赞扬：“这是中美科学合作的一个成功典范。”另外项目组在上亿次金核对撞的海量数据中，通过重构反氦3和π介子的不变质量谱，探测到首个反物质超核的证据“反超氚核”，相关论文发表在美国《科学》（Science）杂志上，这是RHIC运行10年以来第一篇发表在Science上的论文。接着，马余刚项目组进一步寻找更重的反物质原子核，并成功探测到氦4核的反物质粒子一反氦4核，它是迄今为止所能探测到的最重的反物质原子核，该研究成果发表在英国《自然》（Nature）杂志上，成为RHIC运行11年以来第一篇发表在Nature上的论文。除此之外，项目组还发展了鉴别高横向动量粒子的新方法，测量了粲夸克产生截面和强子产生的微分截面分布函数，通过对奇异强子核修正因子和集体性质的研究，发现了RHIC产生的物质已经建立起了奇异夸克自由度的现象，给出了QGP新物质形成的若干信号，为最终寻找到宇宙新物质QGP给出了强烈的佐证。

马余刚感慨：“能获得这些新发现，与加入国际合作组织RHIC-STAR有密不可分的关系。”之前，我国虽然有加速器，但所有的加速器都只适用于中低能重离子核反应实验，缺乏做高能重离子实验的大型硬件设备。另外，当时高能核物理的研究工作主要偏向理论研究，亟待建设一支强有力的实验队伍。因此与国际组织开展合作，成为我国高能核物理发展突破重围的迫切要求。幸运的是，2001年RHIC-STAR被列入中美高能物理合作框架，国内6家科研单位和高校构成了STAR-中国组。此后国际上最重要的核物理研究大科学装置，美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC），及在RHIC上运行的国际上最先进的螺旋径迹探测器（STAR），为我国高能核物理研究提供了大型科学装置的支持。大型科学装置的助力，加之与国际优秀团队的合作，大大促进了项目的获奖进程。

进军核物理新领域 团队砥砺前进

在马余刚看来，加入国际组织，带来的不仅仅是这些，更重要的是为他塑造了一支高水平的实验团队。通过参加国际合作项目，学生要做的课题多了，老师也要经常参加相关的研究，通过与国际先进团队的接触和对前沿技术的学习，实验团队一下子跨越到了国际水平。

马余刚带领的团队人员虽不多，不到20人，但做的事情却涉及到核物理的诸多重要方向。从早期的低、中能核物理渐渐深入到高能核物理，目前又做着向光核物理以及激光核物理拓展的准备。

研究上的综合交叉，使整个团队在看问题的时候，眼界更宽，思路更灵活。2006年，马余刚指导学生做低能核反应研究时发现，假如轻核是通过核子与核子合并起来的话，它的每核子椭圆流中存在着标度性行为的规律。2016年国际高能核物理实验的菲尼克斯合作组数据验证了2006年马余刚等提出来的这个规律。尽管高能和低能分属两个不同的层次，但在马余刚团队眼中，很多物理现象都是相通的。在不同方向间相互借鉴，已成为这支团队解决问题的一个思路。遇到难题时，他们有足够的信心实现平稳跨越。

“2016年获得国家自然科学奖离不开这支优秀的团队。”马余刚感慨，“更离不开所有为项目做出贡献的人，感谢来自中国科学技术大学的陈宏芳老师，清华大学的程建平老师，华东师范大学的刘峰，还有我的学生陈金辉，感谢STAR-中国组的所有成员，感谢海外华人的助力，他们都为项目中的新发现做出了巨大的贡献。”

除此之外，家人与师长的支持与付出，他更是铭记在心。当年，家人大多极力反对马余刚去大西北求学的决定。“年轻人，想去就去，锻炼一下总没错。”父亲的一句话，让马余刚去西北的计划得以成行。到兰州后，他遇到了恩师沈文庆老师，正是在沈老师的带领下，一步步成长起来，学会了怎么做科研，怎么做人，到现在沈老师仍默默关注着马余刚的事业，总在他最需要的时候，给他支持和鼓励。

如今马余刚已培养出了近30位博士。作为老师，不管怎么忙，他都会抽出大量时间带领学生做科研。他鼓励学生勇于承担研究重任，并放手让他们自己去探索。他要求学生要有自己的想法，要努力实现突破；要有足够的时间去投入，去关心国内外同行的研究，去主动吸收知识。他提醒学生要时刻保持对科研的兴奋，他说即使现在自己已经发表了很多文章，但是文章投出去之后，他还是会特别关注稿子的编辑进度，很渴望得到审稿人的意见。他认为只有保持这种兴奋的状态，才能培养对科学的直觉和敏锐性。

他培养的学生中有1人获得APSGEValley国际奖，2人获得中科院优秀博士论文奖。马余刚说：“看到学生获奖，比自己获奖还高兴。”

未来，马余刚已瞄准核物理最前沿的方向，从光核物理向激光核物理拓展是他未来的目标。接下来他要做的上海光源上的伽马光建设项目，这是他向核物理新领域拓展前的热身，也是一项开国内先河的研究。比起因循守旧，他更愿意尝试别人没做过的事情。

在核物理研究中，会涉及到很多链条，每个链条都很重要。从反超氚的发现到反阿尔法的发现，从研究反物质的形成机制到研究反物质跟反物质的相互作用，链条之间层层递进，又相互关联，任何链条的缺失都会影响到宇宙谜题的最终开解。在新方向上的拓展，无疑是对缺失链条的深层寻找和修复，他愿承担起寻找与修复的重任。

征途漫漫，马余刚和他的团队必将砥砺前行，再攀高峰。