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          我是 學生 教職 員工 訪客 ENGLISH

          硬核!廣東以色列理工學院陳林泓同學學術論文被國際物理期刊收錄

          發布日期:2020/5/22

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          廣東以色列理工學院材料科學與工程專業本科三年級學生陳林泓以第一作者在國際物理期刊《物理學報B:原子、分子與光學物理》(Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics)上發表學術論文,題為《極限電荷下單激發態的雙電子原子的漸進量子虧損研究》。該期刊由IOP出版集團在英國出版,近三年平均影響因子(Impact Factor)為2.009,屬中科院SCI分區物理大類三區期刊。廣東以色列理工學院訪問教授Jacob Katriel為本文通訊作者。


          針對這一學術成果,廣以君近期采訪了陳同學。讓我們來看看“大?!笔窃鯓訜挸傻陌??



          陳林泓

          2017級材料科學與工程專業本科生

          當前平均學分績點(GPA):95.15

          位列本專業年級第1

          2017年高考總分604分(廣東)



          學習“不設限”:漲知識、攢經驗

          這項研究是怎么開始的呢?


          一切要從大二上學期的學習開始講起,在大二上學期我上了Jacob Katriel教授主講的《量子化學》課程,或許是因為我上課比較認真,課后也經常思考教授留下的問題、時常與教授探討,在課程考試中我也取得比較好的成績,Jacob教授對我比較有印象。課程結束后,Jacob教授給我發來郵件,邀請我參加他一個項目,是有關計算極限電荷下的類氦原子能量。雖然我對這個課題了解不深,但我意識到這會是一個極好的學習機會,于是我在得到家人的支持后,加入了項目,抓住了Jacob教授給我的寶貴機會。并在之后的學習中查閱一些相關資料,加深對課題的了解,為正式開始學習打好基礎。而后在2019年的暑假期間,我留在學校,在Jacob教授的指導下,正式開始加入研究工作。我針對這個課題學習了兩個月,主要內容是理論背景知識和計算機編程技術。而后受Jacob教授推薦,由學校經費支持,我和James S. Wright博士一起前往俄羅斯杜布納聯合核子研究所向Vladimir I. Korobov教授學習,為期約2周。Korobov教授那里有一套他自己開發的計算軟件,能夠對對我們所需要的系統的能量進行非常高精度的計算。我在那里借助Korobov教授的這個軟件,對類氦原子的幾個單激發態進行了一系列能量計算,并將核電荷推到極限狀態。在這個過程中我幫助Jacob教授計算他所需要的數據,Jacob教授通過分析我的數據,也驗證了他的一些猜想,并從中也得到一些新的、有趣的信息,這個研究驗證了關于在極限電荷情形下類氦原子能量變化的一些猜想,也發現了一些新的信息。其實,我對這篇論文的貢獻僅僅是提供了數據,還有程序使用的部分的原稿,其他的分析、背景等等的論文內容均是由Jacob教授寫的,至于為什么我是第一作者,我也向Jacob教授詢問過,他說業內常規就是把第一作者讓給最年輕的人,我想這更多是Jacob教授對我們學生的培養吧。我十分感激他!                                    


          Jacob Katriel教授


          ·  以色列理工學院化學學院教授(Professor Emeritus)

          ·  1972年在以色列理工學院獲得博士學位

          ·  曾任以色列理工學院物理化學系主任、化學學院院長和多個以色列理工學院屬下委員會成員

          ·  主要研究領域為:物質及輻射的量子論及其相關的數學研究(原子和分子電子結構,相變理論,量子光學),尤其是量子力學的多體問題。



          研究“不設限”:意料外的發現

          研究生活是怎樣的,在研究過程中有沒有遇到什么困難?


          我在廣以的專業是材料工程與科學專業,本科期間頭兩年里,很多課程都是和數學、物理緊密相關。由于這樣的設置,我的數學和物理功底比較好,在閱讀公式、理解原理等方面有比較好的基礎。這次課題研究中,需要比較多的是在《量子力學》課程上學到的理論知識、基礎的數學工具(如矩陣運算、迭代、反迭代等等)和使用linux語言的能力。在暑假的那兩個月里面,我把理論知識和計算機編程語言方面的知識都學了一些。到了俄羅斯之后,我一邊跟著Korobov教授學習所需要的知識,一邊動手做計算工作。我們的時間規劃并沒有那么清楚,我們大部分工作時間都是在korobov教授的工作室內,不論是上午還是下午。有的時候,我和James博士是早上7點多起床,吃完早餐之后就到Korobov教授的工作室去和他討論研究方面的情況,請他請教一些問題,也把自己的想法和他交流,下午一般是自己動手在計算機上用Korobov教授的軟件去做計算實驗,晚上一般是處理電子郵件、閱讀文獻資料的時間。


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          陳同學在大二上學期的課表及相關授課老師簡介


          在俄羅斯的這2個星期里面,我印象比較深刻的一次困難是發生在那里度過了一個星期之后,我在一個參數的調整上遇到問題,這個參數怎么調整出來的結果都不對,一時間我感到有點氣餒,心里想著在俄羅斯的時間剩下不多了,這個問題還沒有辦法解決,感覺對不起學校為我這次項目提供的經費,也辜負了Jacob教授的期望。那一兩天里面我也感覺壓力很大、挺焦慮的。后來,James博士開導我說,他教導我遇到問題要放平心態,科學研究是很實際的,問題的解決方案并不會因為你有多焦慮,壓力多大而自動浮現,所以最好是以平常心對待,而且不要羞于向他人請教,科研不是做作業或是考試,整個科學大廈都是后人不斷得向前輩們請教學習,然后再基于前輩的知識和理念做出新的內容而慢慢建立起來的。他鼓勵我主動再去問問Korobov教授。后來,有一天我趁著Korobov教授中午空閑的時間,去咨詢了他這個問題。他也給出了他推想的解決辦法和思路。我回去嘗試著做了,也就逐步解決了這個問題。


          Vladimir I. Korobov教授


          ·  俄羅斯杜布納聯合核子研究所(JINR)波戈留玻夫理論物理實驗室 首席科學家

          ·  中國科學院外國專家特聘研究員

          ·  1989年在JINR獲得理論與數學物理專業博士學位

          ·  主要研究領域為:量子三體問題的變分方法,共振和復雜的坐標旋轉方法,輕原子和分子的精密光譜學等


          我覺得在學習的過程中,老師們給我的幫助特別重要。Jacob教授,Korobov教授和James博士都十分友善,對我不懂的地方都不留余力地講解,并且我提出的問題他們都會耐心講解,教授們給我的學習提供了很大幫助。參與這個國際化的科研項目的過程,我接觸到了大量前沿領域的知識,這對我的學習自主性和學習能力都是一項考驗!很高興這些難關我都闖過來了,這段時間里面我提高了自己的專業研究創新能力,也拓展了知識面,更加深入地了解到更多不同專業的知識。


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          陳林泓同學和Korobov教授合影


          在寫論文的過程中進行了哪些準備?有什么收獲呢?


          在這篇里面論文中,我主要負責做計算實驗,在教授們的指導下完成計算、獲取數據,教授們通過這些數據進行分析,獲得研究結論。通過這次項目,我知識上自然收獲到了許多,在經驗上,我覺得主要是了解了一個科研項目是如何進行的,將來如果走科研道路的話應該具備哪些特質等等這類吧。這次有幸參與這個項目更讓我認識到自己在知識儲備和能力方面的不足,也更加激發了我對學習新知識的興趣,我想這些都是對我之后的學習有很大幫助的地方了。


          可能很多人對于科研生活充滿這樣或那樣的想象,會想得很高大上。經歷過這段時間的體驗和鍛煉之后,我更加認識到科研工作和生活其實就是在平靜中積累、在平淡中探索。我時常會遇到各種各樣的問題,但我會告訴我自己,要保持積極的心態,平靜而認真地面對各種挑戰,積極主動向他人取經,這樣即使我們最終仍無法解決問題,但我們仍收獲了寶貴的知識和經驗,并將我們的工作結果交給后來者,這樣即使我們沒能解決問題,我們的工作也推動了對這個問題的研究,那么我們的工作就是有意義的。進行科研的單位是全體人類而不是以某一個個體,是人作為一個整體去試圖理解世界的偉大工作,我是這么理解的。所以成就一個科研工作者的并不只是表面上的科研成果,背后十年如一日默默地學習和積累,為了研究某個課題做成千上萬次實驗的繁忙,更是構成科研工作者的根本要素。


          論文的主體聚焦于什么樣的問題?對我們現在社會有著什么作用?


          論文主要聚焦類氦原子。一般的氦原子是有原子核(有2個質子和2個中子)和核外電子(2個)組成。我們的研究對象是核電荷數趨于極限時的類氦原子及其激發態的結合能(bonding energy)。當其核電荷數極趨近于極限時(核外一個電子即將發生電離時),其粒子能量會發生哪些變化,這個是我們關心的。由于實際上核電荷數只能為整數,所以這個模型無法在實驗中構建,只能通過理論計算,然后和已有的其他數據相互印證。因為計算過程中涉及大量復雜的數學運算,往往需要良好的計算機算法和程序的支持。我做的計算實驗,簡單的說,主要是在Korobov教授的計算軟件上,通過輸入不同的條件參數,獲得結合能能量數據。通過這些計算結果,Jacob教授對一些他在以前研究中發現的一些反常的現象給出了解釋。這也是為什么Jacob對這個項目感興趣的原因。


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          氦原子圖示

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          論文中表格,顯示在核電荷數從常態變化到極限狀態的過程中氦原子核的能量變化情況


          此外我們還觀察了一些有趣的現象,關于能量和核電荷的一些線性關系,這個是當時所沒有意料到的結果。通過這個結果,Jacob教授對雙電子原子s-p能級分裂(s-p splitting)和單重態-三重態的能量分裂(singlet-triplet splitting)作出了新的理論分析,得到了不同于以往的結論。如果這個計算結果是正確的,而且線性關系是反應了真實的物理現象而不是由于算法的原因導致的話。那么Jacob教授得到的結論就的確得到了與以往普遍認識所不同的新觀點,對解釋能量分裂提出了新的思路。


          由于我們的研究方向是相當理論的,也許不會對人類社會發展或者科技進步有著立竿見影的影響,但我們這次的研究方向是比較創新的,相信在我們之后,會有更多比我更專業的研究者在這個方向進行更多更精確的計算,得到更多有用的信息。



          未來“不設限”:于大于小,意義非凡

          在整個研究和后來論文發表過程中,老師和你之間有哪些難忘的故事呢?


          我很難說有什么故事是比較難忘的,因為整個過程都是難忘的,到現在依然歷歷在目,相信這對每一個第一次跟教授做項目的人來說都是如此。學到新的知識,認識到新的人,接觸到新的文化,為科學實實在在做出了貢獻,于小于大,都是極其有意義的、特別的體驗。


          我還記得在杜布納,我們住在蘇聯時期的賓館跟著須發全白的教授學習著嶄新的知識;傍晚離開研究所后再伏爾加河邊散步,看到的一個邊踩著滑輪鞋邊推著嬰兒車從我身邊飛馳而過的中年人;教授孜孜不倦的教導;飛機上看到的云層;電腦屏幕中跳動的數字;得到有用的結果的喜悅……這些都讓我感到難忘。相信在往后很長一段時間里,我將不斷地從這次的體驗中得到新的感悟。


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          杜布納的教堂


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          杜布納街景



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          圖:由受訪者提供


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