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要在科研上搞个大事情,比创业还难!

假如你要开始一项物理实验,无论你是要探测一个未知粒子,还是想要了解宇宙中某个神秘的过程,一旦有了想法之后,接下来最关键的一步都一定是——找到可以帮助你的人


在大型科研合作中,比如最新的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的研发、或是在大型强子对撞机(LHC)进行的各种对撞实验、或是激光干涉引力波天文台(LIGO)对引力波的探测……每一个这种规模的实验项目,都需要成百上千遍布在世界各地的高校和机构的科研人员一起合作才可能完成。这样的团队里既要有资深的科学家和工程师,也要有初级研究人员和技术人员,每一位成员在团队中都扮演着重要角色!


从事科研工作就好比是与上千个志同道合的人共同参与一项拼图游戏,每个人各司其职,才能拼凑成一幅宏大图景。那么,这么多有想法的聪明人是如何协作完成同一项工作的呢?


1

构思实验


我们拿粒子物理学为例。许多粒子物理实验都起源于这样一类基本的问题:为什么物质有质量?为什么宇宙是由物质构成?


这种听起来越是基本的问题,解决起来就越难。而科学家的工作任务就是想办法找到能回答这些问题的方法,其中很大一部分工作就是思索如何把大问题拆解成若干个小的、可回答的问题。


例如LHC,科学家为了寻找质量的起源之谜和未被发现的粒子,他们设计了一条长为27公里的粒子对撞机,以及四个巨大无比的探测器来一步步接近真相。团队中的每一位科学家都具备自己独特的视角和技巧,有的为物理学提供深层的见解,有的为探测器的设计和完美运行保驾护航。

2

完善设计


一旦科学家对想做的实验以及要采取的策略有了想法,那么接下来就要请工程师出马了。工程师的工作就是将这些悬在空中的概念转化成看得见、摸得着的能满足实验要求的可运行硬件。再拿LHC举个例子,建立一个粒子对撞的实验装置,工程师至少要清楚实验需要怎样的机械装置,以及如何连接所有的电气系统使得探测器能接收到信号。


在费米实验室进行的中微子振荡研究的NOvA中,科学家需要一个巨大且无致密材料的探测器,而传统的施工技术根本无法达到这一要求。因此这一探测器的建成需要工程师懂得如何将塑料作为建筑材料,只有这样,才能确保这样一个巨大的独立式结构的探测器能按照要求建成。

3

运行维护


实验设备的构建过程还需要技术人员的支持,一位合格的技术员需要对其领域有着充足的知识。他们搭建硬件并协调组件的集成。最后,将所有部件组合在一起,让设备正确运转就是他们的工作。


不仅如此,一旦实验设备建成,技术人员还需负责让实验设备一直保持最高性能的运转。当物理学家发现某个实验设备出现问题时,技术员是负责检测并排除这些问题的第一主力军。这可不是一个稀松平常的任务,因为一旦实验开始,在收集数据的过程中每一秒都至关重要。

4

繁重的工作


此外,科学家还要招募博士后和博士研究生,让他们做大量的数据分析处理工作,尤其是对实验物理来说。那些仍在攻读博士学位的小博士们必须努力平衡分配在学习(思考、理解科学本身)与搬砖(处理数据、做实验、做模拟、研究新算法)的精力。除此以外,做实验的博士们还需确保实验是在仪器的每个部分都达标的情况下进行的。他们也可能会被安排(或主动要求)参与到仪器的研发和设备的设计工作中。


在这一层级里,已获得博士学位的博士后有着更高的领导级别,所以通常他们在合作中承担更多的责任。除了本职研究工作外,引导博士研究生也是博士后的职责之一。


通常博士后会负责某些特定类型的分析或实验仪器的操作。比起博士生,更多的科研经历让他们往往具有更强的解决问题的能力。博士后和博士生经常与技术员和工程师一起,确保实验仪器和实验流程的正确设置。

5

庞大的数据


物理实验所产生的数据可以大到超乎你的想象。LHC每年产生约25PB的数据(或250亿MB)。这是个什么概念呢?如果说一个MP3的平均大小是每分钟1MB,那么播放完25PB的歌曲,将耗时5万年。因此,一个大型物理实验的推进,除了需要物理学和工程学的专业人员外,还需要计算机科学家来管理计算机网络,以解决和防止在共享大量数据时出现的各种堵塞问题。


除此以外,计算机科学家还需维护软件框架,负责数据的处理和存档。假设一位科学家想回顾某年某月某日某刻发生的某件事,计算机专家必须能够进入数据库,并在数十PB的数据中找到存储这个事件的位置。

6

后勤杂事


在科研工作中,最常被忽视的一个团体就是行政管理人员。可别小看了他们!他们可能是负责对所有不同项目进行排序、评判谁能获得科研进展所需资金的人。他们还要处理各种后勤工作,例如对人员分配进行分类,以确保对的人在对的地方做对的事情。


行政人员管理着一个组里不断来来往往的人。想要参加科学研讨会?行政人员帮你们提交相关申请表格,支付报名费用,安排和预定行程。有学者来组里进行研究短时间访问?管理人员帮忙为访问学者在当地的工作和生活提供便利。他们在维护一起合作的科研人员间的联系、为科研工作打理杂事、组织会议,转账、收发信件和货物......让研究人员潜心学术。

7

科学传播


参与实验的每个人都有责任与其他合作者进行有效沟通,但是,与有着不同科研背景的人交流科学可是个挑战。这时,专业的传播人员就有用武之地了。(说小编们?嗯,说小编们啊!(〃∀〃))


科学传播者的使命就是将充满术语和高逼格科学的论文“翻译”成能让大众为之兴奋的迷人故事。科学传播者除了为公众开展科普活动、为新闻媒体撰写新闻报道以外,有事他们还需“辅导”参与科研的科学家,帮助他们将科学转化成能被更多人了解和接受的信息。这对引起公众对科学的兴趣、提高公民的科学素养来说非常重要。

8

完成拼图


现在你应该感受到,一个大型物理科研项目的成功离不开这许许多多必须落实的分工协作,这些角色没有一个是闲职。一个实验的最终成功,不仅需要每一位都具有过硬的专业素养,还需要深树于心的责任心,它离不开任何人的努力。

○ LHC的CMS实验参与者。| 

○ LHC的CMS实验参与者。| 图片来源:CERN

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