（題圖 | 王循理教授照片來源：香港城市大學；東莞散裂中子源照片來源：新華社）

2021 年，位於東莞的中國散裂中子源（CSNS）迎來了一台名為「多物理譜儀」的科學裝置。通過這台儀器，科學家在短短三年內產出了百餘篇論文，其中兩篇登上《自然》正刊，另更有一篇被《科學》收錄。這一成果的背後，離不開香港城市大學物理系講座教授王循理的傾力投入。

作為國際知名中子散射專家，王循理教授的科研生涯始終與「大科學裝置」緊密相連。近日，京港學術交流中心專訪了王教授，聽他講述如何以中子散射技術為橋樑，推動粵港澳大灣區的科研協作與創新。

 

中子散射的啟蒙與深耕

1981 年，王循理考入北京大學物理系，自此與物理學結緣。在高年級選修《中級物理實驗》時，「當時的指導老師楊威生教授帶我們做了一個 X 光衍射實驗。他用一把尺子測量膠片上的衍射峰間距，竟能推算出原子間的距離。這讓我深刻感受到實驗物理的魅力。」王教授回憶道。

正是這種「用簡單工具探索微觀世界」的震撼，促使他選擇中子散射作為畢生研究方向。1985 年，他通過李政道教授發起的「中美聯合培養物理類研究生計劃」（CUSPEA）赴美留學，進入美國愛荷華州立大學攻讀博士學位，並在阿貢國家實驗室完成了中子散射技術的系統學習。這段經歷奠定了他對中子散射研究的深厚興趣和學術基礎。

美國阿貢國家實驗室的先進光源

1992 年博士畢業後，他加入美國橡樹嶺國家實驗室，一待就是二十年。期間，他主導設計了工程應力譜儀 VULCAN，被用戶讚譽為「最完美的譜儀」。該設備至今仍是材料力學研究的重要工具。

美國橡樹嶺國家實驗室散裂中子源

2009 年 VULCAN 出光之日

 

從金屬玻璃到高熵合金的微觀探索

2012 年，王循理教授選擇回到香港，加入香港城市大學，致力於推動中子散射技術在香港及大灣區的應用。他的研究聚焦兩大方向：金屬玻璃的原子結構與動力學，及複雜合金的形變機制。他解釋道：「金屬玻璃的原子排列無長程序（long-range order），但其局域結構與動力學行為直接影響材料性能。而高熵合金在低溫下展現出的反常強韌化現象，更是顛覆了傳統金屬物理認知。」

揭示這些現象的微觀機制，中子散射技術就是關鍵手段。「中子不帶電荷，穿透性強，能『看清』材料內部原子尺度的動態過程。例如，電池充放電時電極材料的結構變化、高熵合金低溫拉伸時的原子位移，這些原位觀測只能依賴大科學裝置。」

王教授及其團隊利用日本散裂中子源的工程物理譜儀，首次實現了高熵合金低溫形變的原位中子衍射實驗，相關成果為設計新型高性能合金提供了理論依據。值得一提的是，他參與的「非晶材料原子結構」研究，亦被《科學》雜誌列為「125 個全球最具挑戰性科學問題」之一。

「中子散射讓我們得以窺見非晶態材料中的原子排列的奧秘，這是其他技術無法替代的。」王教授說。

日本散裂中子源

 

大科學裝置：從用戶變成建設者

留美期間，王教授親歷了大科學裝置從設計到落成的全過程。2017 年，他推動香港城市大學與東莞散裂中子源合作，建成多物理譜儀。這是香港首筆「資金過河」支援內地大科學設備的案例，其創新設計加上精準的製造與組裝，也造就了全球罕見能在三年內產出超百篇高水平論文的譜儀。「這台譜儀的設計兼顧了高解析度與多功能性，尤其適合複雜材料的原位研究。」

王教授坦言建設過程充滿挑戰，特別在疫情期間，一些部件從海外進口倍加困難，團隊又不得不在隔離狀態下完成組裝調試。「內地年輕科研人員的專業素養和奉獻精神令我印象深刻。他們能迅速將理論構想轉化為電腦模型，再通過實驗驗證可行性，這種效率在全球罕見。」

多物理譜議

隨着散裂中子源二期升級提上日程，王教授對未來的裝置設計充滿期待：「我們希望建造國際上尚未出現的先進譜儀，例如結合超快中子脈衝與人工智能數據分析的系統，這將開啟材料科學的新維度。」

 

灣區協作共建人才樞紐願景

「散裂中子源落戶東莞，最大受益者其實是香港。」他解釋，香港集聚了大量基礎研究人才，卻長期缺乏大型實驗設備。「如今兩地車程僅兩小時，香港科學家可便捷利用中子源開展前沿研究。這種『臨港佈局』模式，為大灣區打造了『基礎研究—技術轉化』的完整鏈條。」

散裂中子源園區（圖片來源：中科院高能所）

為進一步發揮香港的國際化優勢，在諾貝爾獎得主、京港學術交流中心倡立者楊振寧院士的見證下，王教授與中國科學院的陳和生院士積極推動成立了「中子散射科學技術聯合實驗室」，該實驗室在 2023 年評估中獲評「優秀」，成為香港—中國科學院 22 所聯合研究中心的佼佼者。

之後，王教授聯合香港城市大學、中國散裂中子源、澳門大學、東莞理工學院等機構，成立了「粵港澳中子散射聯合實驗室」，是首批 10 所「粵港澳聯合實驗室」之一，促進跨地域科研協作。

「香港的獨特價值在於吸引全球頂尖人才。」王教授舉例，在裘槎基金會的支持下，他 2014 年發起的「中子散射暑期學校」，每屆都吸引牛津、劍橋、東京大學等國際頂尖高校學生參與。「三分之一學員來自香港，三分之一來自內地，三分之一來自海外。這種多元交流，正是大灣區科研生態的縮影。」中子散射暑期學校至今已成功舉辦四屆，今年仍將舉行。

 

讓大科學裝置成為創新引擎

對於大灣區科研的未來，王循理教授提出三大方向：

一、裝置集群化：加快散裂中子源二期、南方先進光源（同步輻射）、深圳自由電子激光等裝置建設，形成「中子—光源—激光」互補的大科學裝置集群；

二、機制國際化：借鑒法國—德國—英國共建中子源的經驗，探索大灣區「多方共建共管」模式，並向全球科學家開放設備使用權；

三、產學研融合：支持科研團隊與高科技企業合作，將中子散射技術應用於電池研發、新材料測試等產業領域。

「大科學裝置的投資動輒數十億元，但其回報可能是顛覆性技術。」王教授以美國阿貢國家實驗室的先進光源為例，新冠病毒抗體結構解析、鋰電池材料優化等突破，都是通過該光源的裝置所取得的成果。「未來，誰能搶佔這些『科研基礎設施』的高地，誰就能掌握科技創新的主動權。」

專訪尾聲，王教授提及李政道教授對他的影響：「CUSPEA 項目改變了我們一代人的命運。如今，我的使命是將這份學術交流的價值傳承延續下去。」

李政道教授（圖片來源：上海交通大學李政道研究所）

他計劃在香港籌建「國際量子科學樞紐中心」，打造中子散射技術的人才培養與國際合作平台。「科學沒有邊界，但需要橋樑。香港既是國際化視窗，也是大灣區科研共同體的核心紐帶。」王教授說，「當我們談論『大科學裝置』時，不僅是在談論設備，更是在構建一個激發人類想像力的創新生態系統。」

三代中子散射科學家。在祝賀 1994 年諾貝爾物理學獎得主 Cliff G. Shull 教授的招待會上，王循理教授在他的博士導師、Shull 教授在麻省理工學院的學生 Constantine Stassis 教授的介紹下，結識了這位諾貝爾獎得主

 

* 除另有標注，本文的圖片皆來自受訪者

 

 

 

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