该团队朱小龙研究员讲解相关原理知识

马新文研究员团队在兰州重离子加速器原子物理终端前合影

近日，中国科学院近代物理研究所（以下简称 " 近代物理所 "）马新文研究员团队在粒子碰撞机制研究领域取得重大突破，相关成果荣获 2023 年度甘肃省自然科学奖一等奖。这项研究揭示了微观世界中前所未见的解离机制，为癌症精准治疗和深空探索提供了新理论支撑，也让 " 兰州‘智’造 " 的科研装置再次走上国际前沿。

从看不见到看清楚

首次实证粒子能量跳跃

粒子世界微观且神秘，长期以来科研人员都在努力揭开它的 " 面纱 "。

" 我们在探索的是一个肉眼看不见的世界。" 马新文打了个比方，" 粒子高速碰撞时，就像台球撞击，每一次碰撞背后，都藏着宇宙物质演化和生命起源的秘密。"

依托兰州重离子加速器这一国家级大科学装置，该团队用自主研发的 " 超级显微镜 " ——反应显微成像谱仪，首次在微观尺度下捕捉粒子碰撞瞬间的全貌。

在实验中，科研人员成功验证了爱因斯坦设想的经典模型，揭示了粒子之间能量 " 跳跃式 " 传递的全过程，实证了质子穿越氢键、重离子的量子隧穿效应以及电子诱导的库仑衰变等关键微观机制。

他们还创新性地提出了 " 量子光栅 " 概念，借助周期性势场的调控，实现了对粒子方向性的精密操控，为微观粒子的输运研究开辟了全新路径，这项成果被国际同行高度评价，认为其 " 突破了传统碰撞理论的认知边界 "。

更令人振奋的是，团队的研究成果为癌症治疗带来更高精准度。尽管重离子治疗技术因其高效杀伤肿瘤细胞而广泛应用，但其中的关键机制，" 肿瘤为何被精准消除 " 长期未被完全揭示。

此次研究通过模拟人体微环境，发现粒子碰撞可直接破坏癌细胞 DNA 的双链结构，触发其不可逆的损伤反应。同时，该团队还揭示了重离子作用下分子碎裂与能量转移的微观机制，为实现 " 用 10 发粒子精准命中肿瘤 " 的治疗模式提供了坚实的理论支撑。

二十年磨一剑

扎根西北打造尖端科研利器

为了捕捉粒子世界中那一瞬即逝的 " 能量跳跃 " 过程，科研人员不仅需要前瞻性的理论判断，更离不开高精度的实验利器。

二十多年前，在重离子物理实验几乎一片空白的背景下，研究团队下定决心，从零开始研制一台能够 " 看清 " 粒子碰撞的设备——反应显微成像谱仪。

" 它就像一台超级照相机，能拍下粒子碰撞后四散的‘电影’画面。" 许慎跃研究员形象地比喻。

高精度测量是量子少体动力学实验的核心难点。为此，团队攻克了探测器噪声、电荷积累、电源纹波等多项干扰因素，甚至对微小零部件如螺丝钉的磁性都进行了特殊处理，最终实现了对单个原子在 10 米自由落体过程中所携动量的高精度监测，为微观物理研究打开了一扇全新窗口。

" 通过捕捉粒子碰撞后的碎裂轨迹，我们可以利用数据分析还原碰撞过程。" 闫顺成研究员介绍说。

从最初的 " 模糊照片 " 到如今的 " 高清画面 "，谱仪已历经三代技术迭代。最新一代设备不仅首次捕捉到粒子 " 跳跃 " 传递能量的瞬态过程，还完整还原了能量迁移的微观路径。这一从原理验证到精准可控的跨越，标志着我国在微观粒子研究领域实现了从 " 跟跑 " 到 " 领跑 " 的飞跃。

一代代接力

老中青共绘粒子物理新蓝图

在研究所，平均年龄仅 35 岁的团队像一个 " 大家庭 "，由 30 余名骨干组成，具备典型的 " 老中青 " 结构。老专家深挖科学难题，年轻人带来新奇创意，形成理论深度与技术广度的有机结合。

朱小龙研究员坦言，" 年轻人经常能从 AI、计算、材料等领域引用新工具，我们都很惊喜。" 曾有成员通过图像反卷积优化粒子轨迹重建，大幅提升了解析效率，" 问他怎么想到的，他说是从 AI 绘图教程里学来的。"

年轻人 " 破题 " 后，由资深专家进行系统优化与物理验证，确保创意落地。

" 我们发现，单个电子的实空间量子叠加态可以起到杨氏双缝实验中的‘双缝’作用。" 张少锋研究员分享道。这一发现被斯坦福大学的教授在《自然》期刊引用，并高度评价其理论意义。目前，团队已与国外多家科研机构建立合作，推动前沿成果走向全球。

依托兰州重离子加速器，这项微观粒子研究正不断突破传统理论的边界，打开了通向新现象、新机制的大门。正如基础研究之于科技，是根，是源，是点燃创新火种的第一束光。国家层面也在持续加大支持，鼓励探索，容许试错，摆脱 " 唯论文 " 束缚，为青年科研人才营造敢闯敢试的宽广舞台。

这些默默耕耘的科研者，或许鲜有抛头露面，却在静默中做着改变世界的工作。他们用每一个实验，每一项突破，为人类更清晰地认识自己、认识宇宙，缓缓打开一扇通往未来的窗。

" 说到底，我们做的事，就是帮人类，把这个世界，看得更清楚一些。" 马新文的话，朴素却有力。

" 这个奖不是终点，而是新的起点。" 张少锋说。

未来，他们将推动谱仪第四代技术的推广与升级，为基础科学注入新动能。

◆记者手记

从不确定到确定 他们在兰州写下答案

采访马新文研究员团队时，记者脑海中总浮现一句话：" 真正改变世界的，常常是在安静中坚持的人。" 从反应显微成像谱仪的 " 雏形 " 到如今三代迭代后的 " 高清画面 "，这个团队用了二十多年。而真正让记者感到震撼的，不只是他们攻克技术瓶颈的能力，而是那种把每一颗螺丝钉都当作科研变量来对待的细致，一种 " 看不见的世界，也要看清楚 " 的执念。马新文说他们在研究 " 粒子的能量跳跃 "，听起来很抽象，可当他用 " 打台球 " 来比喻粒子碰撞时的能量传递，记者忽然觉得，这一切距离我们并不遥远。

当他们谈起癌症治疗中 " 打 10 发粒子就够 " 的精准构想，那一刻，记者深刻发觉，基础研究也可以如此有温度。汤汤黄河，流淌千年文明；灼灼微光，照亮万象之初。在这座因黄河而柔美、因人文而厚重的城市，有人选择了与重离子为伍，他们默默深耕，不追热点、不求喧哗，就像双缝实验中那束光，粒子的轨迹因为被 " 看见 " 而改变。科学的意义，也许正是在不断地 " 看见 " 中——哪怕只是一束微光，足以照亮一个全新的世界。

兰州日报社全媒体记者 华 静 文 / 图