I-House的暖气系统大概和这栋楼一样老,管道里整晚都回响着“哐啷,哐啷”的怪声,像是里面藏着个铁皮幽灵。
林允宁在吱吱作响的木板床上对付了一宿,因为时差的关系,睡得昏昏沉沉,天一亮就起来了。
窗外,芝加哥的天还是灰蒙蒙的。
他冲了个澡,换上干净的连帽衫和牛仔裤,背上那台IBMX40笔记本,步行前往物理系。
芝加哥大学的校园是开放式的,经典的哥特式建筑群,和现代楼宇交错在一起。
清晨的草坪上覆着一层薄霜,松鼠在光秃秃的橡树枝上跳来跳去,一点也不怕人。
按照宋教授邮件里面所说,詹姆斯?弗兰克研究所(JFI)刚搬了新家,从老楼搬进了街对面的戈登综合科学中心。
这是一座崭新的大楼,主体由玻璃和钢结构组成。
透过巨大的落地窗,能看到里面开阔明亮的大厅和正在安装的崭新仪器。
门口,劳拉?宋正和一个栗色头发,穿着白大褂的女生,以及一个身材高瘦、穿着格子衬衫的白人男生说着什么。
“林,你来了。”
劳拉看到他,招了招手。
“宋教授你好。”
林允宁走上前。
“叫我劳拉就可以。感觉怎么样?时差还适应吗?”
劳拉的问候很简短,透着一股效率至上的作风,“我们刚搬到这里,一切都乱糟糟的。给你介绍一下,这是玛利亚,做扭转双层石墨烯实验的。这是埃米特?卡特,我们组的理论计算专家。
那个叫玛利亚的栗色头发女生对他露出了一个友善的微笑,而瘦高的埃米特?卡特只是礼貌性地点了点头,眼神里带着一丝审视。
“我今天上午有几个会,”
劳拉看了一眼手表,“就不带你了。你刚刚来这里,先跟着玛利亚和埃米特熟悉一下环境,看看大家都在做什么,晚点咱们再好好谈谈。”
说完,她便踩着高跟鞋,匆匆走向了大楼深处。
“跟我来吧,”
玛利亚很热情,指着里面笑着说,“我们刚搬过来不到两个月,很多仪器还在调试。不过这里比老楼好多了,至少窗户不漏风。我们组在三楼,风景很好,能看到中央草坪。”
新的实验室是开放式的大平层,采光极好。
一张张实验台整齐排列,上面是各种闪着金属光泽的仪器和密密麻麻的红绿导线。
最引人注目的,是墙上挂着的几块巨大的白板。
上面写满了推导到一半的公式、潦草的示意图和各种颜色的便利贴,旁边还留着几个咖啡杯印。
埃米特?卡特走在前面,介绍得言简意赅:
“这是低温输运测量区,那边是材料制备和表征区。咖啡机在那边,自己动手。”
他的语气礼貌,但也有点冷淡。
路过一个公共区域时,埃米特在一块巨大的白板前停下了脚步。
上面写满了密密麻麻的公式推导,有好几处被红笔圈了出来。
“我们在计算扭转双层石墨烯在‘魔角’附近的能带结构,”
埃米特用记号笔的末端敲了敲白板,像是随口一提,“但贝里曲率在狄拉克点附近会出现奇异性,用标准的k.p微扰论算出来的结果总是不收敛。你对这个有想法吗?”
玛利亚在一旁悄悄对林允宁眨了眨眼,示意他别紧张。
这是埃米特最喜欢干的事,用一个他自己都没搞明白的难题去“测试”新人。
林允宁看着那堆复杂的哈密顿量和矩阵元,没说话。
埃米特以为他被问住了,镜片后的眼神里闪过一丝果然如此的了然。
一个高中生,就算再天才,基础也肯定不扎实。
“你不知道就算了,这很正常,”
他正准备用前辈的口吻安慰一句,“这个问题确实………………”
“为什么要用微扰论?”
林允宁忽然开口了。
这回轮到埃米特愣了一下:
“不然呢?”
“贝里曲率本质上是个几何概念,”
林允宁走到白板前,拿起一支蓝色记号笔,“它描述的是波函数在动量空间里的‘扭曲’程度。
“我和以前课题组的一个师兄曾经证明过,在狄拉克点这种拓扑保护的奇点上,任何基于局域展开的微扰方法都会失效。”
他在白板的空白处画了一个简单的示意图。
“你应该直接从它的拓扑定义出发,把它看作动量空间中的一个‘磁单极子”。
“它的总磁通量,也就是陈数,必须是量子化的整数。你只需要计算波函数绕着奇点走一圈的缠绕数,就能直接得到积分形式的贝里曲率,根本不需要处理那个发散的点。”
埃米特?卡特看着白板上那个简洁的示意图,沉默了。
他原本是想用计算的复杂性来考校对方一下,没想到这个高中生根本没往计算的泥潭里跳,而是直接从物理图像的层面,给出了一个更巧妙的框架。
足足过了五秒钟,他才推了推眼镜,用一种非常轻的声音说:
“......这是个很有趣的想法,回头我会试试。
他意识到,这个看起来年轻得过分的高中生,脑子里装的东西,可能比他想象的要多得多。
“好了埃米特,别为难我们的新朋友了。”
玛利亚笑着打圆场,“林,你想先从哪里看起?”
“能看看你的课题么。”
林允宁说。
玛利亚的工位上,两台24英寸的戴尔显示器并排摆着,上面是一张看起来杂乱无章的曲线图。
“就是这个,快把我逼疯了。”
玛利亚指着屏幕,一脸无奈,“这是扭转双层石墨烯的电导随栅极电压变化的曲线。理论上,在某些特定的填充因子下,应该能看到清晰的量子化平台。但你看我测出来的......”
她放大了一部分曲线。
那条线剧烈地抖动,上面布满了各种毛刺和尖峰,偶尔能看到一两个模糊的平台,但很快就被巨大的噪声淹没了。
“我检查了所有的设备,屏蔽了电磁干扰,也优化了接触电极,但就是这样。埃米特说这是材料本身的问题,有太多的缺陷和杂质。”
林允宁看着那张图,问:
“我能看看原始数据吗?”
“当然。”
玛利亚打开了文件夹。
林允宁直接在玛利亚的备用机上坐了下来。
这是一台安装了Linux系统的惠普工作站。
“这很可能是随机电报噪声(RTS),我来试试看,你的Python是什么版本的?”
“是Python2.7。”
周围几个正在忙碌的博士生,也好奇地凑了过来。
他们都听说了一个来自华夏的高中生被劳拉破格带进了组里,想看看他到底有什么本事。
林允宁点了点头,打开终端,手指在键盘上敲得飞快。
aether_chrono --input *.dat --model rts_noise --constraint physical_bounds=true
只用了不到十分钟,他就写好了一个简短的脚本。
“这是什么?”
玛利亚看着屏幕上那些她看不太懂的代码,好奇地问。
“一个信号处理脚本。”
林允宁回答。
埃米特?卡特也站在后面,抱着手臂,一言不发地看着。
他倒要看看,这个少年能玩出什么花样。
用软件处理一下就能解决的问题,还需要等到今天?
林允宁在开源网站下载了Aether,然后导入写好的Python脚本,按下回车。
程序开始运行。
几秒钟后,屏幕上弹出了一个新的绘图窗口。
窗口里,是两张并排的对比图。
左边,是玛利亚那张充满噪声,几乎无法辨认的原始曲线。
而右边,是一条干净得多的曲线,虽然仍有一些杂乱的毛刺,但信号已经可以清晰分辨。
一个个宽度不同,但高度严格量子化的平台,清晰地排列在整数和分数量子霍尔效应应在的位置上。
“这......上帝,那些平台......一直都在那里,只是我们看不见?”
玛利亚轻轻按住了胸口的镀金十字架,眼睛瞪得滚圆。
周围响起一片倒吸凉气的声音。
“这......这是怎么做到的?”
一个博士生忍不住问。
埃米特?卡特猛地向前一步,凑到屏幕前,死死盯着右边那张图,眼神里全是难以置信。
“你用的什么去噪算法?”
他的声音有些干涩,“傅里叶变换?还是小波分析?不可能,这么强的白噪声,任何线性滤波器都会让信号失真。”
“我没用滤波器。”
林允宁的回答很平静。
他指着屏幕上的代码解释道:
“我只是建立了一个包含仪器热噪声和接触电阻涨落的物理模型,然后用贝叶斯框架,把最符合这个模型的‘真实信号’给反演了出来。”
“那套软件......就是你在戈登会议上报告的Aether?”
埃米特?卡特忽然反应了过来。
“只是其中一个模块,我曾经帮苏黎世的里希特教授处理过他们遇到的随机电报噪声问题。
整个工位区,陷入了死一般的寂静。
所有人都呆呆地看着那个清晰的曲线图,又看了看旁边这个一脸平静的少年,感觉自己的世界观受到了冲击。
他们辛辛苦苦花了几周甚至几个月都无法解决的实验难题,被这个高中生,用了十分钟,写了几十行代码,就这么...………解决了?
埃米特?卡特看着林允宁,表情复杂。
最终,他深吸一口气,像是做出了什么重大决定,对林允宁说:
“嘿,林。想喝杯咖啡吗?我知道一个地方,他们的浓缩咖啡还不错。”