【名师风采】

刘江来，教授、博士生导师。2006年美国马里兰大学博士，2006-2010年加州理工学院博士后，2010年被聘为上海交通大学特别研究员，2016年成为教授，李政道研究所研究员。长期从事粒子、原子核与天体物理交叉领域的前沿实验研究, 尤其是暗物质、中微子的研究，取得多项具有国际影响或领先的研究成果。目前是PandaX暗物质实验的发言人。

2015年获国家杰出青年基金，2019年获中国物理学会“王淦昌奖”和腾讯基金会“科学探索奖”。2020年上海市先进工作者。

如果没有疫情，刘江来这会儿或许会在四川凉山州、2400米下的中国锦屏地下实验室，我国新一代四吨级的暗物质液氙探测器PandaX-4T实验正在那里开展。他原计划每两周飞过去一次，和科研团队、学生聊实验，也和现场单位谈基建、后勤维保服务……

地下2400米，70人团队，与氙、氪、氡、氚各种原子“纠缠”10年，只为围猎“暗物质”。刘江来说，21世纪初的物理学天空存在两朵乌云——暗物质和暗能量。暗物质是一种不参与电磁相互作用的未知物质，在宇宙的质量组分中是我们已知普通物质的5倍多，主宰了星系和星系团形成。但迄今为止，人们对它的了解还相当有限，比如连暗物质粒子的质量是多少都不清楚。

暗物质的探测是国际天体物理学界的热门研究领域，发现暗物质，就是诺奖级别的贡献。近年来国际上对暗物质研究的竞争十分激烈，刘江来带领的“熊猫”实验团队就是有力的竞争者之一。10年来，他们不断推进暗物质探测器PandaX的迭代升级，液氙的规模从120公斤、580公斤到现在的4吨，多次刷新国际暗物质探测的精度和灵敏度，与国际上规模更大、经验更丰富的研究团队同台竞技，成果交互领先。

不过，对很多学生来说，他们被刘江来“圈粉”，是因为他作为PandaX暗物质实验发言人的精彩演讲，这位国际顶级实验物理学家、上海交大物理与天文学院的年轻教授，可以把深奥的宇宙天体说得通透，把枯燥的物理现象讲得有趣。也有不少喜欢物理的学生，因为听了刘江来的上海交大版“物理强基计划”，而投身基础物理研究。

“除了科学本身的魅力和个人价值的实现外，我的科研工作同一个更大的事业和责任紧密地联系在一起，那就是在中国本土建立一个前沿的实验，探索全人类共同关心的宇宙的奥秘，培养中国新一代的科学家，有能力、有激情来追求自己的梦想。”说到动情处，刘江来眼里有光，难掩笑意，嘴角酿开一个深深的酒窝。

掬手尘埃，仰望星辰。在刘江来看来，科学的意义是探索隧道末端那一抹微光，至于微光是幻觉还是真实存在，可能耗尽一生也未可知，但时间不会腐蚀对真理的追求，自然科学的魅力和将来，值得他和学生们用一辈子去探寻。而他和很多物理学家一样，是一棵会思想的芦苇，在量子涨落的物理瀑布边缘永远伫立。

10年“围猎”暗物质

对暗物质的兴趣，最初源于中学时代，刘江来已经记不得那本翻烂的书叫啥名字，那是一本讲四大相互作用力、基本粒子的物理科普书，就像来自宇宙深处的一道光，深深吸引了他。

1998年南京大学物理系本科毕业后，刘江来确定了研究方向——基本粒子。2009年在加州理工学院博士后的第三年，他受邀到上海交大访问，那时季向东教授正在组建暗物质研究团队，而这恰是刘江来的专业。学以致用，一心报国，在祖国的感召下，2010年博士后一结束，刘江来便毅然回国。一开始他同时参与两个科研项目：一是王贻芳院士主导的大亚湾中微子研究，那是他在美国博士后就参加的中美合作项目；另一个是季教授的锦屏山暗物质探测。2014年后，刘江来将全部重心转到暗物质探测和研究上来。

深入锦屏山地下2400米，才能感受远离都市、大山深处、隧道底下、伴随着长时间的机器轰鸣声，埋头追寻着并不确定的科学成果的不易和艰辛，但是听刘江来娓娓道来，却充满着科学历险的神秘和快乐。

PandaX实验采用液态氙作为暗物质靶和探测器，按照实验的设想，暗物质粒子碰撞到氙原子核后反冲，将在探测器中发光或产生其他氙原子的电离，进而可以被探测器中灵敏的光电器件记录下来。

前两代PandaX的实验装置在锦屏仪器实验室的一个宽3.5米、长约10米的狭小的空间内展开。由于没有经验，很多事情从头学起，走了无数的弯路，但也培养了队伍。后来，锦屏二期实验室扩容，一个长65米、宽高14米的潮湿山洞成为了“熊猫的新家”，那段日子，他频频来往于学校和锦屏之间，和施工单位斡旋，活生生一个“超级工头”。面对有限的资源与硬件条件，刘江来虽掌握着分配权，但他总是把更好的留给别人：大到经费、研究生名额，优先分给团队的年轻学者，小到修水泵时把雨鞋让给工程师，自己穿着解放鞋在冷水中趟了两个多小时；早年实验室营地的床位不够时，他和学生一起打地铺。他说：这是一种“绅士风度”，对科学要气盛（aggressive），对人要做谦谦君子。

最近，第三代PandaX-4吨实验经过95天试运行后公布首个结果，虽然依然没有探测到暗物质，但缩小了暗物质粒子可能存在的范围。“我们正想办法把背景噪音降得更低，尽量减少对观测信号的干扰，最终结果可能要等到2025年。”刘江来举起一杯星巴克，“打个比方，像这样400毫升左右的液氙中大概掺杂着20个氚原子，暗物质事例预期处于低能区，和氚的本底的能区符合，怎么去除这些氚？没有教科书，也没先例，只有不断摸索尝试。”他透露，团队正在筹划下一代更大规模更灵敏的实验。高能物理实验就是这样，一代实验正在进行，就要谋划未来5年、10年后的新一代实验。

刘江来老师（左二）带领PandaX团队在四川锦屏地下实验室共度2020年春节

7个实验帮学生搭建科研逻辑链

在实验中，刘江来遇到过无数挫折，但有种挫败感比实验失败还要来得强烈。他曾给大一本科生上《物理学研究导论》，全英语大班授课，但是当看到前排学生一脸茫然，后排学生都在玩手机时，他受到了深深的打击。

刘江来开始反思，发现本科生的传统物理课，在引导学生怎么做科学研究方面没有系统的启蒙教育。“起码要让学生知道，普通物理实验离最前沿的科研并不遥远，把氚原子从一杯液氙中分离，用到的就是简单、基础的知识，是尝试再尝试，不是非得把爱因斯坦理论都搞懂了才能做实验。”

从两三百年前卡文迪许的扭秤试验、迈克尔逊和莫雷的“以太”寻找、罗伯特·密立根的油滴试验，到当代科学家戴维斯怎么测太阳中微子，刘江来精挑细选了7个诺奖级的经典物理实验，作为课程范例。

起初有学生觉得，这些几百年前的实验这么老，英文也看不懂，怎么学啊。刘江来就给他们反复“洗脑”：这些物理大师记录实验的步骤都是大白话，英文完全看得懂，200年前的实验方法和现在的并没啥差别，所有这些实验都 “抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂：用最简单的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念，继而发现一个新世界。

没有教材，刘江来就找原始文献来一篇篇“啃”，研究讲课方法，自编教材。他喜欢启发式教学，让学生带着问题听课，引导他们发现这些伟大的物理实验学家走了哪些弯路，又是怎么一步步解决问题的，帮助学生建立逻辑思维的链条和一个科学家的思考路径，搭建学生与真正科研的桥梁。学生也渐渐入了门，爱上了这门课：“从来没有听过这种讲法，不是简单地背公式，还了解到背后深奥的道理，是高中物理的升华。”“原来那些叹为观止的物理大实验，都是这么来的，天才科学家的解决方法就是普通、标准的研究方法啊。”

刘江来说，上课也要有实验创新精神，这种freestyle的物理课，很难搞，自己就尽量讲得摩登点，多和学生互动，引发兴趣。上个学期11个人的小班授课，效果还不错，对他自己的科学研究也很有启发。

90%和10%

回首这些年来的实验和教学，刘江来最难忘的是刚回国、实验室初创那会儿，在交大的实验室和弟子们并肩奋战到深夜；在锦屏的实验室与年轻人们同吃同住，一起工作，一起打篮球，一起吃烤肉……“那时候带出了一批优秀的学生，有些在海外名校做博后，有些已经回国效力，成为青年研究骨干。” 如今，他两年招一个博士，总把带教机会留给更多的年轻教授。

刘江来说，看到他的学生取得好成果、回国发展、拿到基金项目，很开心。更让他欣慰的是，这两年，他的专业的毕业生在物理系的学术就业越来越好，“学生没有转行做IT、搞金融，就是一种肯定！”

他认为，学基础物理，首先要有浓厚的兴趣，才能长期坚持，搞科研不是苦大仇深的事，不是自我折磨，而是一种享受，如果感受不到这些，或许科研并不适合你；其次，要有乐观精神，科研中的挫折是常态，心理需要足够强大；第三，要有工匠精神，淡泊名利，像物理学家丁肇中，像发现太阳中微子的戴维斯；最后，还要有创造力。他招博士生，最看中的品质是“90%脚踏实地工作，10%要抬头看天”，既要心无旁骛地做学问，有时候也要会仰望星空，有天马行空的想象力。而作为导师，他有责任激发学生的好奇心，把10%的灵气给补回来。

满地都是六便士，他们却抬头看天。忠于科学，也是种极致的浪漫。一个时代总要有刘江来这样纯粹的科学家。

面对“可能有生之年都在努力却未必有结果”这个问题，刘江来倒很乐观：“从0到1的突破很难，但不就是因为难才有意思嘛？也许，我们偶尔也会幻想睡一觉后，第二天被‘苹果’砸个正着，找到了暗物质。但大多数时候，我们都在琢磨怎么提升实验的灵敏度，想具体的东西，比如今天这个仪器坏了，明天找到不知道是啥玩意儿，忙于解决一个又一个实际问题，而这个过程充满挑战和乐趣。”他认为，探索高能物理，不仅对国家尖端科研有所刺激，还能带动基础工业的发展，更重要的是培养一批科学家，把未来几十年的机遇和可能性留在中国。

“极少数的希格斯粒子能挣脱束缚，极少数的中微子会被捕捉，极少数实验能最终真正落地，极少数人愿意走到最后，能够留下来的人才能发现它们，这是大自然偶然展示出的一个谜底。它要仰仗时代的机会，他人的善意，自己的坚持，也会笼罩在反对中，在交织着喜悦和痛苦的每一天，捕捉一个微弱的讯号。”一个业内人士曾这么说。这也是对刘江来这样前赴后继、勇往直前地投身实验物理的科学家们的最好注脚。