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“您從事基礎(chǔ)研究多年，會感到枯燥嗎？”面對這一問題，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院物理研究所（以下簡稱物理所）所長方忠的回答從未變過：“不枯燥，可能身體上會覺得勞累，但精神上非常享受。”

今年6月，方忠等人完成的“拓?fù)潆娮硬牧嫌嬎泐A(yù)測”獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。11月19日，在北京市科技大會暨科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，方忠獲得北京市突出貢獻中關(guān)村獎。

“獲獎是對我們工作的認(rèn)可，也是對純理論基礎(chǔ)研究的認(rèn)可?！痹诮邮堋吨袊茖W(xué)報》采訪時，方忠表示，如果認(rèn)識不到科學(xué)之美，肯定會覺得基礎(chǔ)研究枯燥乏味，只有懂得欣賞美，才知道研究的方向在哪里。

顛覆對物質(zhì)狀態(tài)的理解

物理學(xué)界有一個主流觀點——所有物質(zhì)的狀態(tài)都可以用對稱性來描述。

蘇聯(lián)物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者列夫·達維多維奇·朗道將凝聚態(tài)物理中的相變，如冰變水、水變水蒸氣，與物質(zhì)結(jié)構(gòu)中對稱性的變化聯(lián)系在一起。他把從高對稱到低對稱的過程叫作“對稱破缺”，該理論也被稱為對稱性破缺理論。

遺憾的是，對稱性破缺理論并不完備。

20世紀(jì)80年代，科研人員在理論上發(fā)現(xiàn)了新量子物態(tài)，該物態(tài)并不能為對稱性破缺理論所描述。這一類新量子物態(tài)被稱為拓?fù)湮飸B(tài)。

方忠介紹，拓?fù)涫且粋€數(shù)學(xué)概念，用于研究幾何物體在連續(xù)形變下不變的性質(zhì)，隨后被引入物理學(xué)中，描述材料中電子分布的狀態(tài)?！巴?fù)涞难芯颗d起于幾十年前，其顛覆了我們原來對物質(zhì)狀態(tài)的理解。”

在2016年諾貝爾物理學(xué)獎的頒獎現(xiàn)場，評獎委員會成員拿出一袋面包來解釋拓?fù)洹獩]有洞的肉桂面包、一個洞的面包圈、兩個洞的椒鹽蝴蝶卷，雖然這幾種面包結(jié)構(gòu)完全不一樣，但無論如何彎曲、擠壓面包，都無法改變面包的孔洞數(shù)量，除非動手撕開。

這些年來，研究人員逐步認(rèn)識到物質(zhì)世界應(yīng)該包含兩大類，一類是傳統(tǒng)的對稱性物態(tài)，一類是全新的拓?fù)湮飸B(tài)。

“拓?fù)湮飸B(tài)是對物質(zhì)狀態(tài)認(rèn)知的拓展，也是一項純基礎(chǔ)研究?！狈街医榻B，目前發(fā)現(xiàn)的拓?fù)洳牧嫌性S多種，如拓?fù)浣^緣體材料，其奇妙之處是體內(nèi)不導(dǎo)電、邊界導(dǎo)電，導(dǎo)電性不受外界破壞而改變，未來可用于制造先進電子器件。

除了與眾不同的導(dǎo)電性能，拓?fù)洳牧线€可以實現(xiàn)零電阻，這為未來的應(yīng)用提供了豐富的想象空間。不過，方忠表示，拓?fù)洳牧暇嚯x真正的應(yīng)用還很遠。

“由中國科學(xué)家主導(dǎo)”

“拓?fù)潆娮硬牧嫌嬎泐A(yù)測”的研究可以追溯到20年前。2003年，方忠加入物理所成立計算物理學(xué)研究組，聚焦研究凝聚態(tài)理論和計算物理學(xué)，特別是自旋-軌道物理和拓?fù)湮锢韺W(xué)。

隨后，方忠團隊先后發(fā)表了5篇代表性論文，最近一篇于2015年發(fā)表在《物理評論X》，并入選美國物理學(xué)會Physical Review系列期刊125周年紀(jì)念文集。該文集精選了125年來的49項重要工作，而方忠團隊發(fā)表的論文是文集中唯一出自中國的科研工作。

經(jīng)常有學(xué)生問：“方老師，我是不是來晚了？物理學(xué)研究是不是已經(jīng)做得差不多，我沒什么可做的了？”方忠回答：“你們來得正是時候，我們現(xiàn)在的物理只研究了一半，另外一半才剛剛開始研究。這一半就是拓?fù)湮锢韺W(xué)。”

近年來，方忠?guī)ьI(lǐng)團隊研究了4萬多種無機材料，并從中發(fā)現(xiàn)8000多種拓?fù)洳牧?。由此推測，這類材料不在少數(shù)，目前發(fā)現(xiàn)的只是已知材料體系中很少的一部分。

“拓?fù)湮飸B(tài)的研究剛剛開啟，還有很多未知有待進一步探索?！狈街艺f，“將來，我們還要構(gòu)建拓?fù)湮锢韺W(xué)，需要完成很多基礎(chǔ)研究工作，希望這件事由中國科學(xué)家主導(dǎo)?！?/p>

“優(yōu)秀科學(xué)家要具備‘美食家的味覺’”

方忠認(rèn)為，科學(xué)研究是幸福的，是一個讓人陶醉其中的過程。但在外人看來，這一過程可能會很辛苦、很枯燥。

“一個優(yōu)秀科學(xué)家需要具備‘美食家的味覺’，能夠‘品嘗’出哪項工作是先進的?！狈街艺f，科學(xué)家只有不斷提高判斷力，才能產(chǎn)出更多原創(chuàng)性成果。

甘坐冷板凳、十年磨一劍。方忠認(rèn)為，科學(xué)研究需要不斷探索、努力思考，一步一個腳印向前走，取得成果的過程是艱難的，但也是幸福的。

方忠指出，這一探索過程中，除了需要思考，還要持續(xù)做重復(fù)工作，如查文獻、做實驗、交流及討論，有時也會陷入一籌莫展的境地，但撥開迷霧走出來后，將會迎來驚喜、收獲進步。遺憾的是，最后往往只有很少一部分人才能成功“上岸”。

基礎(chǔ)研究要想產(chǎn)生重量級成果，不僅需要長期堅持，還需要有先進的研究平臺。2017年9月，由物理所主導(dǎo)建設(shè)的綜合極端條件實驗裝置工程（北京部分）在北京市懷柔科學(xué)城開工。該裝置旨在提供國際先進的極低溫、強磁場、超高壓、超快光場等綜合極端實驗條件，拓展物質(zhì)科學(xué)研究空間，促進新物態(tài)、新現(xiàn)象、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。目前，該裝置已全面運行，并向全球用戶開放申請。

方忠表示，基礎(chǔ)研究要向前發(fā)展，離不開科研人員的努力、國家政策的支持和科研生態(tài)的建設(shè)。國家自然科學(xué)獎一等獎曾若干次空缺，說明基礎(chǔ)研究的突破難度很大，需要漫長的時間來積累技術(shù)，也需要全社會的支持。

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-11-25?第1版?要聞）