武汉物数所代表队获得中科院实验展演活动一等奖

以科学之名,让微粒随心而动

  • 蔡怡春,陈正 (中国科学院武汉物理与数学研究所)
  • 创建于 2018-11-26
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  2018年10月17-19日,由中科院科学传播局主办的2018年中国科学院实验展演汇演活动在武汉举行,来自中科院院属单位的24支代表队汇聚江城进行了角逐。武汉物数所选派了由孙成龙、陈正、张航、李家冲等研究生组成代表队,由科研处裘晓俊老师带队参加比赛,并获得大赛一等奖。因选手表现突出,自选实验被评委们认为是最符合中科院科普与研究一体化风格的展演之一,最终该所代表队同其他获得一等奖的五个代表队一起,被推荐代表中科院参加全国科学实验展演汇演,并最终在全国赛中斩获二等奖。虽然比赛已经告一段落,但这次的参赛经历,对于每个同学来说都有宝贵的收获。

“让微粒随心而动”

  武汉物数所这次展演的自选实验名字叫做“让微粒随心而动”,说起这个名字的由来,是因为该所的重要研究领域离子光钟、量子计算机等,都需要在微观上将一个或多个离子限制在一个固定区域内,这样科研人员才能对其进行研究,而“离子阱”就是为了实现这一目标。形象来说,就好比挖了一个坑,让离子掉进去出不来,再去研究它,所以叫“阱”。这次展示用的模型,是以面粉模拟微观的离子,让其在离子阱模型中被囚禁住,让本来杂乱漂浮的颗粒能够因为离子阱而悬浮在空中近乎不动;并可以通过改变两端电压,让其左右移动、分散开或者聚集在一起,这样就能控制它们,“让微粒随心所动”便由此而来。

  接到任务后近一个月的准备时间里,团队先从理论上对离子阱所需要的参数进行了仔细的计算:帽极需要多大的直流电压、金属杆需要加多大的交流电压、用多大的变压器、形成什么样的势场、用什么来代替离子、如何让它带电、带正电还是负电、囚禁区域是否发生改变……然后开始对模型进行设计。由于使用的是数显游标卡尺, 为了准确定位模型,他们反复试验校准;为了更好的观察微粒的运动状态,他们把帽极中心适当镂空;为了选择最合适的模拟材料,他们用面粉和二氧化硅粉末进行多次比对;为了防止空气流动干扰微粒的运动,以及防止颗粒向外扩散,他们对模型包装进行反复设计。

  三周的准备时间很快过去,大家迎来了初赛,有来自中科院各个单位的20余支队伍参与角逐。在常规实验比赛结束后,他们进入自选实验展示,由于准备充分,选手们在现场配合默契、一气呵成,顺利进入了第二天的复赛。当晚选手们没有休息,而是对于白天的展示做了总结和优化,并连夜增装了相关的实验装置,测试了离子阱展示的更多功能,希望能够在第二天的复赛中有更加生动的展示。在10月19日的复赛中,中科院北京物理所的曹则贤老师作为专业的科普人员,对物数所的这个展示表示了肯定,他说:中科院的原子钟、离子阱方面的研究做的相当不错,在世界上都已达到先进水平,武汉物数所的这次科普展示是他做科普这么长时间来见到的第一例。他希望团队能够将这个实验展示做好,向更多人展示科学院的核心技术。虽然这个演示在参赛项目中并不是最生动、最有趣的,但他们最终以第5名的成绩进入了全国赛。

  全国赛前,中科院本次比赛的组织方专门请了去年全国赛第一轮评委之一吴宝俊老师对六支院内参赛队伍进行了展演指导。吴老师一阵见血指出参加全国赛的大部分团队都是来自于各个科技馆等科普单位的专业科普人员,他们的表演能力和舞台表现力不是我们能够比的,我们必须认清自己的长处去做完善。他对“微粒随心而动”这个项目有针对性地提出了意见和建议,回到招待所,队员们连夜重新编排了表演内容,为了具有更加生动的表现形式,插入了情景展现,以小型情景剧的形式来展示实验。30日比赛正式开始。来自全国各地的科普工作者们将这一比赛活动变成了一个奇妙的舞台,魔术、情景剧、杂技……但这次同学们已经成竹在胸:他们的特长是表演,我们的特长是科学啊!

  最终,团队取得二等奖的好成绩。

把经历变成收获

  在这次活动中,所有的成员都经历了一些思想起伏。接下这份工作,意味着他们需要花费近一个月时间,在背负着科研和学业任务的同时,进行着一项看似不会对自己有帮助的事;在得知进入全国赛后,他们喜忧参半,因为这意味着将会花费更多的时间,而将自己的实验室任务耽搁更久,但是曹则贤老师的那番话让他们感触颇深:基础研究工作就是在深巷里酿酒,在别人看不见的地方默默进行前沿探索与积累,也许一项工作要坐多年的冷板凳才能让世人知晓它的价值,现在刚好有一个平台能去展示我们的工作、展示其研究价值,让更多的人了解科学、走近科学,为什么不好好把握呢?而导师在这时也给予了他们坚定的支持和鼓励,成为他们善始善终完成比赛的坚定后盾。

  于是,为了提高模型实验的成功率,他们利用晚上的时间改装实验模型、优化实验装置的电路性能、提高实验的可视度,常常工作到凌晨一两点;为了获得更好的演示效果,提高科普性,他们对PPT展示的诸多细节一而再、再而三地进行修改,一遍又一遍地排练修正、字斟句酌,尽量做到滴水不漏;考虑到比赛当天可能会出意外,他们在平时测试的时候就拍了备用视频放在PPT里,以防万一;在接到代表中科院参加全国展演的消息后,他们连续作业,请来专业科研人员做指导,将实验装置进行了彻彻底底的改装,对复赛时临时添加的展示项目不断进行测试调试,彻底摸清了其机理,近乎做到百分百成功率,并将展演过程的演讲稿和PPT重新进行了制作和疏通。

  除了时间紧任务重,同学们在这次活动中也都经历了很多的第一次:第一次做视频剪辑、第一次做工业绘图、第一次演情景剧……,当失败、意外、返工、怯场已成为家常便饭,他们发现自己面对困难和问题,也已经越来越就轻驾熟。他们不断突破自己,用“平时不可能的效率”完成了一件件“感觉不可能完成的任务”,他们埋头干自己的活、操团队的心,并在这个过程里始终保持高度的专注力和责任心、充分调动主观能动性,个人潜力不断被挖掘和释放,蓦然回首,已过万重山。

  从最初把比赛当作一项任务去完成,到通过初赛、复赛、拿到院内一等奖、走上全国二等奖,一路过关斩将,同学们的收获远远不止这些。这次模型的主设计者李加冲同学说自己因为参加了一年北京的集中教学,回到实验室不到几个月,实验技能尚不能满足实验要求,真正操作实验的机会也很少。这次参演的这个模型是实验室的放大版和简单版,能够让他将课本上和论文里看到的知识用到实验中,对离子囚禁的第一步实验有了更深的理解,并为其接下来的实验积累了经验。

  这次科学展演活动的目的在于普及科学知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法,而同学们不仅把科学的种子传播了出去,更灌溉了自己心里那颗科学的种子,令其生根发芽、茁壮生长。

模型——让微粒随心而动

责任编辑:余玉婷