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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

关于新流行“无麸质饮食”那些你需要知道的事儿******

　　近年来，吃“无麸质饮食”越来越成为一种风潮，网上和超市中的各种“无麸质”食品也越来越多，甲状腺疾病患者、减肥人士、肠道不适人群、炎症反应高人群、湿疹人群和麸质过敏或不耐受人群等都建议避免麸质。一部分人发现，在避免麸质之后，真的变瘦了；有人发现改变饮食后，甲状腺抗体的水平的确下降了；还有人说皮肤的确好了一些，湿疹渐渐消失，腹胀等不良反应消失了，或者身体变得更有活力了。也有不少人觉得很难坚持，食物受限多、价格贵、心情压力大……那么到底要不要吃“无麸质膳食”？怎么吃？

　　知识点1

　　麸质是什么？吃什么含麸质多

　　所谓的麸质就是面筋蛋白，它是麦类食物中最重要的蛋白质组分。面筋蛋白和水亲和之后，可以形成庞大的连续性的面筋网络，具有特有的黏弹性结构，赋予了面食千变万化的迷人口感。面包之所以能保持膨松的孔状结构，面条之所以能拉成细丝，饺子皮之所以能拉伸不破，都是拜面筋带来的黏弹性所赐。总之面制品的筋力越强，对“麸质”敏感的人就越不适合吃。

　　很多朋友以为避免麸质就是要少吃粗粮，避免麸皮成分，大错特错了。“麸质”和麸皮、粗粮等概念，没有丝毫关系。和全麦粉相比，精白面粉的麸质成分更多。

　　小麦是食物中面筋蛋白(麸质)的主要来源，同时，大麦、黑麦、青稞等也能形成面筋结构。

　　稻米、小米、玉米、荞麦、藜麦等其他粮食的蛋白质不能形成面筋结构，所以它们不是麸质的来源。

　　知识点2

　　麸质为什么会带来麻烦

　　少数人对面筋蛋白有过敏反应，其中最严重的一种是“乳糜泻”，即谷蛋白敏感性肠病。这种病人食用含有面筋蛋白的食物之后会引发小肠黏膜损害和腹泻，造成严重的营养不良。

　　对于部分消化能力弱的人来说，很难把面筋蛋白的庞大网络完全破坏掉。未完全降解的面筋蛋白质片段，从受损的肠道黏膜进入血液之后，可能引发免疫反应，造成炎症反应上升，引来一系列不良反应。这种情况往往被归为“食物不耐受”反应。

　　同时，部分人在血液中可以测出面筋蛋白的IgG抗体，也被称为小麦慢性过敏，表现为形式多样的身体低度炎症反应导致的种种不适。比如莫名其妙地发胖、脑雾、皮肤黏膜炎症、湿疹、头疼、烦躁、腹胀、疲劳感、消化不良等等。由于这种不良反应并不一定是进食之后马上发生的，而是在此后两三天里先后表现出来的，也没有特异性，这些不耐受反应往往会被人忽略。

　　此外，食物不耐受反应往往还伴随着餐后的疲劳感、压力感，餐后心跳明显加快等情况。

　　知识点3

　　怎样知道自己有麸质不耐受反应

　　如果怀疑自己有这种情况，可以在一个月内暂时不吃所有面食，感受一下是否各种不适和生化指标有明显改善。如果没有改善，就说明自己的情况不是因为食用含面筋蛋白食物引起的。如果是，就继续不吃。

　　等半年后，再尝试重新少量引入这些食物。如果试探几次，都不再有不良反应了，那就可以继续吃了。如果仍有不良反应，那么就继续避免这些食物。

　　此外，可以去三甲医院变态反应科和营养科求诊，做相关测试，请医生帮助确认自己的情况，并给出是否需要停止食用含面筋食物的建议。

　　知识点4

　　哪些无麸质食材可以替代面食

　　不含有面筋蛋白的主食食材包括：

　　1.各种稻米(包括白色、红色、紫色、黑色的各种品种)；

　　2.小米、黍子(黏性品种就是大黄米)，包括黏性和无黏性的品种；

　　3.各种颜色的玉米；

　　4.藜麦、荞麦；

　　5.土豆、红薯、山药、芋头等薯类；

　　6.红小豆、绿豆、各种花色的芸豆、干豌豆、鹰嘴豆、羽扇豆等杂豆。

　　它们都可以替代面食作为主食食材的一部分。想吃面条的时候，可以用米粉、米线等来替代；想吃点心的时候，可以用无麸质替代版面粉来制作焙烤食品，或者用米糕、山药糕、芸豆卷、土豆泥等来替代。

　　知识点5

　　哪些含麸质的食物可少量吃

　　对于没有严重麸质过敏反应，只是为了改善健康状况而选择无麸质膳食的人来说，可以选择如下食物：

　　1.酱油、黄酱、甜面酱等。它们的制作原料中虽然含有小麦粉，但成品中蛋白质含量较低，且经过微生物的降解，已经失去了大分子网络结构。

　　2.燕麦片粥。燕麦本身面筋蛋白含量低于小麦、大麦，而且压片后煮成粥，因水分过高，籽粒天然结构也已破坏，很难形成连续性的面筋蛋白网络。故在确认没有不良反应的前提下，燕麦粥仍可食用。

　　3.酿皮。酿皮制作过程中分离除去了大部分蛋白质，故面筋含量较低。但额外给的面筋切块不能吃。不过，经过洗去蛋白质的处理，不仅蛋白质含量大幅度下降，而且损失维生素和矿物质，故这类食品的营养价值较低。

　　4.虾饺等小吃。它们有透明的外皮，使用的不是面粉，而是澄粉，也就是去掉蛋白质的小麦粉。其中维生素和矿物质含量也很低。

　　5.蛋糕、饼干和酥点。它们是用低筋粉制作的，面筋蛋白含量低于普通面食，而且加入了大量油脂，阻碍了面筋网络形成。主要问题是营养价值低，热量高，故不建议经常食用。

　　除了燕麦片之外，其他这些食物营养价值都不高，不能因为它们麸质含量低就经常食用，只能用来偶尔换换口味。

　　然而，有严重过敏反应的人，特别是乳糜泻患者，以上食物仍应尽量避免，少量尝试几次后，等待至少三天时间，证明没有不良反应之后再行食用。

　　也许正因为不能吃面食才能发现，人类居然如此过分依赖小麦做成的各种美食，其实没有它们，每天吃的食材品种可以更加丰富。大米小米混合饭搭配鱼肉蛋奶和各种蔬菜，也是可以很好吃的。

　　文/范志红(中国营养学会理事，中国科协聘科学传播首席专家)

　　(北京青年报)

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　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）