最先找到暗物质的科学家从哪里来？三问李政道研究所③,百亿元“硬X线”加持天文|学者|物质

在“世界屋脊”青藏高原北缘、柴达木盆地无人区，沿着还在铺设围栏的唯一一条盘山路，解放日报·上观新闻记者日前随车登上了海拔超过4000米的赛什腾山之巅。比天路更艰巨的工程，是万仞孤山的几个山头，都在崛起带有白色穹顶的天文台阵列。从清华、中科大到国家天文台，此地共有总投资近20亿元的9个天文望远镜项目。

冷湖天文观测基地

上海交大原校长、李政道研究所所长张杰院士近日也带队赴青，签下上海交大、青海省科技厅、海西州以及青海大学共建“JUST光谱望远镜”项目合作协议。JUST是具有极端探测性能的4米口径望远镜，计划3年后开展巡天观测，取得一系列具有重大影响的突破性研究成果。

仰望灿烂星空，俯瞰大漠戈壁，这片冷湖天文观测基地填补了东半球国际优质天文台台址的长期空白，但距离最近的500余人口小镇还有70公里之遥，通电却未通水的现状必然考验这些“甘坐冷板凳”千里迢迢、暗夜追光的基础研究工作者。

山顶天文台建设中

【平台：自由探索，也有组织】

在科研范式变革中，基础研究由好奇心驱动、鼓励自由探索，与有组织的科研并不矛盾，尤其是依靠新型举国体制下的高水平支撑平台。李政道研究所天文与天体物理研究部的“李政道学者”冯发波，在几个月前顶风踏雪走进冷湖天文观测基地，为的就是现场推进JUST光谱望远镜项目。

JUST光谱望远镜示意图。

除了硬件重器，冯发波背后还有大计划支撑。由“双一流”重点建设经费统筹资助的“交大2030”计划，将其《天语先导计划——寻找第二个太阳系》列为物理领域重大基础研究类首批立项项目。他在预算编制中的“设备采购”占比高达100%，但考虑到项目特殊性，经诸位专家论证，项目立项后经费一次拨付到位，校方还为其争取到政府贴息贷款等的多元支持。

当被问到这一计划为何取名“交大2030”，上海交大原校长、2030计划专委会原主任林忠钦院士答道，面对当前的科技发展瓶颈，学校希望有10年以上中长期的支持，持续给到符合国家发展战略和重大需求的科技重点领域及研究方向，在“十五五”期间推动一批具有交大特色的若干领域重大原创性成果产出。

张江高研院与上海光源为邻

近水楼台先得月。追寻暗光子的“暗光计划DarkSHINE”李所团队，日夜期盼邻近研究所的“上海光源”平台再传佳音。在地下30米建造中的上海硬X射线自由电子激光装置长达2公里，总投资近100亿元，是我国迄今为止投资最大、建设周期最长的国家重大科技基础设施项目。尽管这件“国之重器”计划2026年竣工，计划牵头人李数和刘坤已早早提前“预约”，完成“排片”。

刘坤解释“暗光计划”探测原理

“暗光计划”就将依托这一大科学装置，设计专用的8GeV高频单电子束流线，通过高频电子轰击固定靶，批量产生可能存在的暗光子，实现暗物质产生过程的大统计量积累，并通过自研探测器装置，监测暗光子到轻质量暗物质的不可见衰变过程，一步步提升探测精度。

从地球上最像火星地表的青海冷湖天文观测基地，到深达2400米以下的四川锦屏地下实验室，从追踪动态宇宙、寻找宜居行星，到回答暗物质有多“暗”，在上海拥有“超级大脑”的李政道研究所实验平台已“上天入地”。

球形大厅天顶

【氛围：不惧风险，宽容失败】

“中国速度，上海效率，让李所在这里的发展非常迅速。”身为诺贝尔物理学奖得主，李所创始所长、现任首席科学家的弗朗克·维尔切克院士说，“李所已经非常国际化，它的运行机制和模式与我所了解的任何一家中国的传统机构都不一样。”

其实，李所与国外研究机构也不太一样。从日本到欧美的历练后，在马来西亚籍“李政道学者”许金祥眼中，发达国家实验室里五六十岁的科学家比较多，而这里明显更加年轻化，富有朝气与活力。

有一个例外，在李所被亲切称为“老爷爷”的李政道讲席教授柳田勉来李所快4年，过年也没回日本。他此前是东京大学卡弗里数理联携宇宙研究机构教授，成名就在青年时期。1981年博士毕业没几年时，他在东京一次会议上提出粒子物理领域的“跷跷板机制”。现在面对各国青年为主的所内成员，他也充满信心表示将继续尽己所能，为培养年轻一代的科学家贡献一己之力。

上海交大张江高研院群楼

氛围宽松，而宽容失败；不惧风险，而自我加压。在上海交大校长丁奎岭院士看来，基础研究方面应该做好“三个区”：既有面向战略导向的体系化基础研究的“集中区”，又有面向市场导向的应用性基础研究的“融合区”，还有面向前沿导向的探索性基础研究的“自由区”，从李所到张江高研院等，就在“自由区”。“前者是通过‘深挖’物质世界的极大与极小，不断挑战认知的边界；后者则通过‘交叉’打破学科的边界，开拓科技新疆域。”

眼下，李所聚集世界级科学家，更有充满梦想的青年科学家，既给年轻人更多自由探索空间，又逐步打造稳定的科研支持体系，完善符合基础科学研究规律的评价制度，鼓励这些拔尖人才大胆挑战，实现更多“从0到1”的原创突破。

李数、许金祥等人在实验室

跨国组合，各显神通。尽管许金祥多年求索的神秘粒子——缪子并非暗物质，但其基本性质可能因为暗光子而受影响，进而偏离理论预言值，于是科学家对其性质的精确测量可为暗光子存在与否提供间接证据。为此，许金祥与不停“追光”的李政道学者李数、刘坤一拍即合，也加入了中国青年科学家主导的“暗光计划”，设计研制并没有现成“参照物”的探测模型。

李数实验室制作材料

建设中的“第四代光源”上海硬X射线自由电子激光装置，可以向“暗光计划”提供实验必需的高能电子。为此，李所与其法人单位上科大，作为“邻居”双方达成合作意向。根据计划任务书的指标，这项实验开始后，运行约一年，就有很大可能在这支跨国团队寻找的计算区发现暗光子。提到这件事，这些小伙子的眼里就闪烁着光。

他们有望成为世界上最先找到暗物质的科学家吗？“100次尝试，可能在做前99次时都是失败的。”同为李政道学者的海归青年科学家钟瑞丹，平日也与许金祥等人一起在手写触屏前喝喝咖啡、聊聊课题，她说，“但如果再等几年，再给我一些时间，我第100次尝试的结果或许就会是一个很重要的大发现。”

钟瑞丹实验室一角

赵昕也笑言，他们身上有一股脱俗的少见的“疯劲儿”，“这比硬件、比经费更稀缺，或许是我们之前与诺奖差距最大的地方；而今有了它，离科技强国也不远了。”