作者：耿挺
什么样的科学是美丽的？
在中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室研究员王文涛看来，当电子在强激光尾波里搏风击浪，加速到接近光速时，是一种科学之美；
当认定了一个值得做深做透的研究领域，甘愿坐上10年冷板凳，最终取得突破时，是一种科学之美；
当遭遇到挫折时，来自前辈的殷切鼓励、团队的互帮互助、家庭的鼎力支持，也是一种科学之美。
或许正是这样的科学审美观，让王文涛和他所在的团队能在台式化自由电子激光领域实现从追赶到领跑的超越，让“梦之束”成为照进现实的那道光。
踏上实现“梦之束”的征途
自由电子激光是人类现在掌握的最强“闪光灯”，可以清楚得照亮化学反应、生命过程，或是物质结构里，分子和原子的能量转移和运动状态。
毫无疑问，自由电子激光是科学家们探索微观世界的利器，但它同时也是一个动辄几百米、甚至几公里的大家伙。这是因为电子需要在长长的管道中逐渐加速充能，直到拥有足够的能量。
有没有一种办法，能在短距离内将电子加速到足够的速度，从而把占地几公里的自由电子激光装进一件实验室里？这个问题在2004年得到了肯定的回答。当年，美国、英国、法国等国的科学家们在《自然》杂志同时发表论文，宣布在实验上验证了激光尾波场可以实现高能电子加速。这一发现为研制小型化高能电子加速器提供了新的技术路线，因而被科学界称为“梦之束”。
想象一下，一艘快艇在水面上飞驰。船首劈开平静的水面，在船尾形成一道道波浪。这些波浪的速度与快艇是一样的，而裹挟在波浪里的气泡也跟着随波逐流。
由飞驰的快艇、翻滚的波浪构成的这幅画面，常常被王文涛用来解释和形容激光尾波场：“强激光在气体中划过，也会激发起‘波浪’，我们称之为‘尾波’。当电子被尾波场捕获时，就会跟着激光向前跑，由此获得加速。”
2010年，作为中科院上海光机所培养的“土博士”，王文涛响应实验室发展需求，将科研方向投向基于强激光的超高梯度电子加速技术时，就已经被它的魅力深深吸引。
“如果能够让电子按照我们设想的方式加速，就能将公里量级的加速器缩短到厘米量级。科学家们可以像使用光学显微镜一样操作台式自由电子激光，在自己的实验室里看清原子和分子，将是一件多么美妙的事情。”王文涛说，这就像是智能手机取代了最初的电脑，并对人们产生了翻天覆地的影响。
然而，通向美好远景的道路并不存在，需要王文涛和团队一脚一脚走出来。这条从无到有的道路，不仅充满了可以预计和未知的困难，还时刻面对欧美其他科研团队的激烈竞争。
没有犹豫、没有迟疑、满怀憧憬，王文涛义无反顾地踏上了追光逐梦的征途。
10年把冷板凳坐热
要让足够多的电子持续、稳定地沿着预定的路线，在强激光尾波场里加速到接近光速，究竟有多难？王文涛常会用这样一个比喻加以说明：“激光轰击就像是炸弹发生爆炸，是一个不稳定的状态，而每次爆炸时产生的碎片都要精准地击中10米之外一个1毫米大小的靶子。”
事实上，在科学原理上证明激光尾波场可以加速电子是一回事，但要研制出稳定的激光尾波场加速器，又是另一回事。最致命的问题在于，激光尾波场加速电子之后，电子束的能散太大，而且不够稳定，不足以实现自由电子激光。
自从2004年之后，台式化自由电子激光一直处于踌躇不前的状态。而中科院上海光机所在2011年率先迈出了关键第一步：在国际上首先发表级联激光电子加速的实验突破。2012年，实验室成功申请了台式化自由电子激光的国家重大仪器项目。
2013年，国家重大仪器项目建筑落成。实验人员需要在如同集装箱一样大小的彩钢板工棚里，进行远程操作。如何能在这个具有意义的时间节点，给团队打气？王文涛看向了位于控制仪器顶部的LED显示屏。他灵机一动；干脆打上一条电子横幅吧。于是，那句被媒体广泛报道的口号横空出世——“加班奋战三百天，不见出光誓不还！”
尽管王文涛后来说，三百天就如同“飞流直下三千尺”中的“三千尺”一样，形容需要很长时间，而不是实指300天。但从口号中依然能看到王文涛和团队的雄心壮志和锐意进取。只是，就连王文涛自己都没有想到，加班奋斗不是300天，而是整整8年3000多天。
从0到1的原始创新之路上，困难如影随形。例如，为了获得连续稳定输出的电子束，王文涛和团队们需要从激光器到气体喷流、从电子束产生到控制，一步步加以实现。“从希望到失望，我们经历了太多次。”王文涛回忆起那段经历，依然心有余悸，“从2013年到2018年，我们花费了整整5年才实现了电子束的连续稳定产生。期间，我们采用了各种方法，先把激光器做稳定，再把气体喷流做稳定，最后还要把电子传输系统做稳定。在最终方案实现之前，我们尝试了4种其他方案。”
这段自主创新之路，对于王文涛来说，更是充满收获的。“做科研就是要走一条别人没走过的路，这条道路充满艰辛又独具魅力。这条路上，我们是开拓者，一旦走通可以极大地培养我们的科研自信。这是科研工作者最为自豪的事情，对我们今后的科研之路来说至关重要。”
2016年，王文涛和团队首次实现了接近世界最先进的直线加速器所能获得的电子束亮度，成就激光尾场加速领域国际最高亮度。2018年，获得了GeV量级千分之二能散的高品质电子束，实现国际最小能散度。
“我们终于出光了！”一张拍摄于2019年1月11日凌晨3点的照片，见证了王文涛和团队的荣耀时刻。他们首次在实验上观测到极紫外波段的辐射信号，典型的辐射波长27纳米，单脉冲辐射能量最高可达150纳焦，并通过轨道偏移以及自发辐射定标等方法证实了最后一段波荡器中能量增益高达100倍。这是国际上首次实现基于激光电子加速器的极紫外波段的自发辐射放大输出。
最终，在2019年12月31日，不负多年的追梦，王文涛和团队实现了由激光加速器驱动产生的台式化自由电子激光的原型装置，“梦之束”终成“现实之光”。
2021年7月，这一完全由中国人取得的重要成果登上了《自然》杂志的封面。同期的《自然》和《科学》还发表了专栏评论，称赞“该成果是激光尾波场领域自2004年‘梦之束’报道以来的又一里程碑式的成果，将对同行科研人员产生重大影响，是一项重大的突破。”“这是一个巨大的进步！”此时，距离王文涛投身该领域已经过去了10年。
“10年，我们把冷板凳坐热了。”王文涛说，“10年里，我们经受住诱惑、忍受了寂寞，没有去盲目追寻热点，而是扎扎实实把自己的领域做好、做透。”
走过至暗时刻
在追梦之旅中，王文涛也曾经历过至暗时刻。那是在2017年，原有的设计方案在经历3年尝试之后宣告失败。这意味着整个装置建设需要推倒重来，王文涛和团队陷入了满满的挫败感和对不能如期完成项目的焦虑中。
“前辈的殷切鼓励、团队的互帮互助、家庭的鼎力支持，给了我重新上路的勇气。”王文涛再回首当时，总结出了满满的收获。
首先是团队项目负责人、中科院院士李儒新站了出来。他鼓励王文涛：“向世界证明这个方案不可行，也是一种成功。”这种毫无保留的信任，让王文涛调整了心态，走出了自我否定的迷茫，也给了他破釜沉舟的勇气。
其次是整个团队相互鼓励和扶持。王文涛一直牢记实验室的创立者、强场激光物理研究奠基人徐至展院士为团队定下的科学家精神——“执著、献身、攀高峰”。“我们一同分析问题、探讨解决方案，团队整个氛围积极向上，充满乐观。”王文涛说，“在整个研究中，我们相互鼓励，不推卸责任，努力把自己的环节做到最好。”
最后是来自家庭的全力支持。早在2015年，王文涛的儿子出生时，因为项目正处于关键时刻，他就没有时间享受初为人父的快乐，能够有空陪伴儿子成长的时间也寥寥无几，常常是“我走娃未醒,我归娃已睡”。而王文涛的妻子，同时也是他的师妹，作为一名留学归国的博士，非常理解王文涛的工作，独自在家带娃让他安心工作。
对家庭，王文涛常有愧疚之感。
但在科学追光逐梦的道路上，
王文涛的眼中依然“闪耀着亮光”。
随着“羲和”激光的建成和开放运行，
他已开始了新的追梦旅程：
“心之所向，素履以往；以梦为马，不负韶华!”
