我的科研道路啟蒙
寫這篇文章的初衷是記錄我在清華做本科畢業的過程，以提醒自己當初為何要走上科研之路，如今我是中科大博士二年級在讀，激光等離子體方向，面臨著畢業和科學研究的壓力，每次回憶起那段時間的魔鬼式訓練，便覺得沒有什麼困難不能克服。內容涉及科研訓練思維訓練、學術道德的培養，沒有多少乾貨，有的只是一段科研道路啟蒙的經歷。
1 選擇
我在大三快結束的時候做了一個出人意料的選擇，即跟著程教授做畢業設計。可以說我們這一屆的學生對程老師的印象大多是，寫出「救救清華的的這些孩子吧」，以及通過絕食抗議工物系的一位特立獨行的教授，在只有5個人上的應用光學課上，我們也常感受到程老師思想的激進，然而這個課堂，卻應該算是我畢業設計的開始，那時是2014年5月，比正式選擇課題早了大半年。
對於程老師意識形態的特別，我並不反感，老師在臺灣和國外待過不少的時間，認知不同於傳統觀念，無可厚非，不過後來我瞭解到這都源於老師在科研中極度的完美主義，都說厲害的大科學家總會有奇怪的地方，程老師那較真的態度就滲透入了他的生活，後面我會通過幾件事來說明程老師對學生的嚴格要求。
在未正式開始課題研究之前，我在考慮畢設是跟蒲老師還是程老師。程老師是期中考試前給我說想要我做他的學生，並多次邀請我去他家裡做客，同時更我講解一些他在研究的東西，我很喜歡那種啟發式的教學風格。而蒲老師，大一時就上過老師的課，做挑戰杯時也得到不少蒲老師的指導，蒲老師對學生比較和藹，鼓勵自己動手探索，要求我們做好記錄和總結，從細節規範自己。
最後我選擇了沒有學生的程老師，因為在於程老師的交談中，我逐漸明晰了我的人生目標是成為一名優秀的實驗物理學家，這個在大學的三年時間裡我一直尋找的東西，另一個方面，可能是程老師許諾會直接指導我，我不懂的東西老師都會耐心的給我講解。此前，我在沒有特別大激情的狀態下在清華完成了三年的學業，沒有感到有多大的收穫或者說成就感，當有一個老師如此用心的對我，寄予厚望，我便覺得是時候做一些改變了，儘管事實證明改變的過程真的很艱難。
2 第一個教訓
在大四的第一個學期，我就犯了一個重大的錯誤，程老師將之稱為科研事故。從2014年11月起，連續三個月沒有探測到鈮樣品的衰變數據，而我作為負責人之一，沒有及時發現探測器沒有工作，以至於差點錯過相變點。造成這次事故的原因有二，一是我的責任意識出了問題，以為我還沒有正式接手課題研究，實驗室由郭師兄負責，但我那時就應該承擔起大部分監管實驗室的工作；二是方法的問題，在這三個月我和郭師兄都沒有去實驗室看過。我記得老師說過，此前一個研究生沒有按照老師的叮囑，每一次探測後要回零，老師看到了，直接一腳就給踹倒了，那個學生最後轉行了。這時我意識到，這次的問題非常嚴重，出實驗室後我猶豫了一下，告知了程老師，老師自然發了很大的脾氣，問我究竟是怎麼回事，是不是因為停電了探測器停止的工作。之後我便被要求把每天的數據發給老師，我也被要求判斷新數據是否在趨勢線上，經過幾天，老師確認我們沒有錯過相變，算是原諒了我的過錯，並說如果類似錯誤再出現，畢設就不要想做了。記得有人說過，大學裡犯錯代價是最小的，一旦踏入社會，就完全不一樣了，在大學裡奔波了三年，這一次經歷讓我重新審視自己的責任觀。
3 開題風波
寒假平淡的度過了，儘管過完年後，程老師不時的打電話督促我工作，並在這個期間我們誤把Sn和Zn等的特徵線當成由NbKα和NbKβ等同時進入探測器造成的偶然符合，老師也猜測會不會是同時進行了兩個衰變，或者打出特徵線的間隔時間過短，在ns量級，以至於同時探測器無法分辨，在畢設的後期我們否定了這個猜想。
為什麼說這件事，因為這是我開題報告的一部分，而在開題答辯的時候，老師又一次大發雷霆。當時我就站在臺上，其它老師問我你們有什麼證據了嗎，你為什麼要通過研究漲落來研究呢，我回答的模稜兩可，面對眾老師的提問，膚淺的回答著。程老師就直接批評我說，你講這麼多都是廢話，剛其它老師問你，我們找到證據了沒，郭同學得到的特徵線計數之比隨時間變化是不是證據，為什麼是，你說清楚，用一句話說清楚，別跟什麼代表一樣。我說著說著就說不下去了，大腦已經開始一片空白了。程老師又問，為什麼我給你的題目是「長壽命穆斯堡爾雙光子現象」，我憑著記憶回答著。老師又問，那雙光子與漲落又有什麼聯繫，糾纏的兩個光子同時湮滅，時間差為零，根據不確定性原理，能量的漲落非常大，這個情況下漲落正比於n，為什麼。這時我就徹底不知道了，我就獃獃地站在那裡，什麼也說不出來。程老師最後摔門而出，出去前對我說，昨天電話裏不是說過嗎，Incoherent Coincidence。我終於為我的不求甚解付出了代價。
我本以為，很多原理性的東西我不需要理解那麼深刻，但我錯了，沒有求知慾，加上自以為理解了卻半知半解是最大的錯。中午老師打來電話，問我到底是怎麼了，昨天還問答入流，今天就什麼都說不上來了，我沒法回答，只是才發覺我是真的不懂，到了晚上，我再次打電話過去，懇請老師給我講解，即使我不再做這個課題，我還是希望把這個問題弄明白。老師最後想出個法子，讓我寫個開題報告出來，並且下次中期的時候提前把講稿給他檢查，一切按講稿來講。聽到這裡，我知道老師似乎打算給我再一次機會。那天晚上我在樓梯拐角通過電話聯繫，直到凌晨兩點，回寢室時發現被鎖在了寢室門外。
我接下來就一直泡在圖書館，在同學們還處於開題後輕鬆的氛圍中，從不知道Tungsten是什麼，一點點縷著思路，期間不時與老師電話交流，而我寫的開題報告，基本每一句都遭受到了程老師的質疑，標紅的文檔令我幾近絕望，一週過去了。
之後，系裡的周老師跟我說，好好跟他談談，並跟我溝通了許多，這一件事纔算過去。我猜測程老師可能認為我思想上有問題，故意不聽他的教導，隱藏數據，因而甚至要寫申請要求開除我團籍。此前，平常問老師問題的時候，老師還很平和，回答不上老師的問題時，老師也都諒解，但開題報告出的大亂子讓我心底竟生出了一絲的畏懼之感。
周老師說，你們學生是第一見這樣的場面，有些慌了也是正常，我們開會的時候，程老師就在會上跟系主任發脾氣的事也有過，我們都見怪不怪了，程老師絕食抗議工物系的事你們知道嗎。那次絕食的事我聽程老師提過，是因為老師剛提出利用核自旋密度波測量引力波，未公開發表被系裡掛在了系主頁的教師簡介中了，老師非常生氣，所以要抗議，但一般的抗議起不了作用，問題得不到解決，於是就只能把事情鬧大，事情一大，他們就不可能不管社會輿論，就要做出退步，目的就達到了。
我沒想到，這件事可能會變得十分嚴重，我對程老師的能力及處事方法重新認識了，我開始非常疑惑，作為一個科研人員，為何還要做這些斤斤計較的事，但之後我知道了，這就是程老師的個性，較真起來誰都攔不住。按程老師的話說，我們現在的研究是過了幾十年甚至上百年後，還會被人挖出來評頭論足的事，核衰變速率變了，這是從來沒有過的事，是寫進教課書的事，不是小事，這樣我理解了，程老師擔心別人看到後，事先發表了，由於這件事意義極其重大，非常之事就用了非常之法。
事情到此告一段落，第二天中午，我按周老師的建議，誠懇的向程老師反思自己的過錯，並保證之後會認認真真向程老師學習。再次修改開題報告後，程老師說大體沒有問題了，老師讓我每兩天給他發一次實驗數據，之後研究工作的事他會以電話的方式跟我交流，抱著苦盡甘來的想法，我繼續著畢設的研究工作。
4 發奮工作
至此，我的畢設工作開始步入正軌，由於每兩天要跟程老師發郵件，每次發郵件的時候，我都會說一下我所做的工作，必要時附上Word文檔，程老師回郵件也很及時，程老師想讓我用新的方式做數據處理時，會直接給我打電話，有些時候是發了郵件又給我打電話講一遍，生怕我弄錯了研究方法，或許是之前的事讓程老師也怕了我這樣的學生了吧，但這樣一來，我的畢設節奏就變的極其的快，原本一週一次總結反饋，我這是一兩天一次。
打電話成了家常便飯，正常情況，每一兩天會有電話指導我下一步該怎麼做，後來研究出了一個異常現象，那兩天每天的電話就有十幾個。我有睡懶覺的毛病，但程老師起的早，一大早就會打電話給我安排我這一天的工作內容，遇到我沒醒的時候，程老師會說，我都起來了你怎麼還沒起來，兩分鐘後我再打過來，你去洗把臉，這樣的事出現了兩三回，室友也偶爾拿此事跟我開玩笑。後來，到了八點我早上會驚醒，中午睡午覺時也是，生怕突然鈴聲又突然響起，每次電話鈴聲響起，我的神經都是緊張的，因為一般情況，老師接著會給我安排三四項內容，接著我就要去一個個完成，如果我做的牛頭不對馬嘴，那就是欺騙老師，後果可想而知。室友還偶爾騙我說，剛程老師打電話過來了，響了半天，你不在我們就給掛斷了，後來，還真就碰上了錯過了電話，還真是一語成讖。
要說我畢設的真正重要的研究是在清明節那個時間段才開始發現的，2015年4月3日，我發現「Ta衰變γ峯」擬合計數率殘差的尾部總是會上翹，經過深究，第二天，我發現「Ta衰變γ峯」的平均壽命比標準值小了3個標準差，既93mNb衰變異常，樣品中的182Ta衰變也發生了異常。
老師問我，被人質疑我們量錯了怎麼辦。我回答不上來，因為我們沒有第二個樣品，還沒有做重複實驗。老師說，那我們就拿出多個證據，從不同的方面證實我們的猜想，一個方面可能是偶然，多個證據就是必然了，這個就是做科學，還有，我們不知道實驗數據會呈現出什麼樣子，我們更不可能說我們希望實驗數據是什麼樣子，因為一切還在探測中，所有的東西都是新的東西，就連這個理論都從未有過，在新課題中教授跟學生一起研究，遠勝過讓學生看課本。
4 中期過後
在中期報告中，我彙報了Ta的衰變異常，以及整個探測範圍內存在一個比天然背景大一個量級且變化緩慢的項，還有增加數據後NbKα和NbKβ的半衰期仍明顯隨時間變化，還有計數明顯異常的幾個雜質的特徵峯。關於這第三點，程老師說，我們用圖來表達是最形象的，如何說半衰期在變，用對數坐標，看它們斜率變不變就知道了，簡單易懂，比放個擬合結果的表直觀多了。而這第四點，雜質的特徵峯導致了一天十幾個電話，最終結論是，與我們猜想一致，但還缺一個證據才能讓別人相信。
中期報告前，老師還親自試講，給我講如何講出重點，據此我修訂了講稿，正式報告時，按照之前老師的要求即按講稿來講，講完後底下沒有一個人提問，與開題報告時的積極截然相反，雖然安靜的可怕，但我還是喜歡安靜些好，開題報告留下不小的陰影。程老師提了個問題，我回答並不全面，還算通過了，程老師起身對其他老師說，清華是一流的大學，一流的大學就是要讓學生成為一流的人，這也是我們教授的職責，然後老師就離開了，中期報告繼續。
中期總算平安過去，似乎主要的工作都做完了，我鬆懈了，打了一天遊戲，一位同學突然來北京，又陪著逛了天校園，兩天過去，老師開題報告結束後給我安排的工作沒有完成，我給老師發了封郵件說明情況。
但是老師又一次大怒了，程老師在電話裏斥責到，以為中期結束了就結束了，你明天拿什麼來開組會。我知道這個時候不能硬碰硬，好在老師說了幾句狠話後，又說你把什麼什麼給我弄出來，明天組會帶來，要不然你死定了。
我想起老師之前說過，人是可以玩的，我以為意思就是我想放鬆幾天就可以申請，但好像我錯了，馬杯網球比賽當天我申請過休息一天不做研究來比賽，當時老師準了，那是當時研究還沒太大進展，而現在處於研究關鍵期，沒有預約就不做工作了，那便是偷懶找藉口了。
我思索著所有可能的結果，第二天被老師斃掉，然後重新換課題，沒有關係啊，像之前那樣忙碌工作一個月，一樣可以出些成果，至少那樣我的心理不會這麼憋屈，天天生活在恐懼之中，每日最放鬆的時刻是打完電話的一刻，因為下一次電話響起還要一陣。開題時顧及系裡的情況，堅持了下來，現在大部分已經結束，我想結束這壓抑的生活，好吧，就做最後一次，畢竟我還在研究這個課題，先把第二天組會的做了，明天該結束的就結束吧。
但是第二天，我帶去的東西不是老師想要的，程老師似乎也氣的沒有辦法，讓我現場畫，老師抽完一根煙又換了一根。好在之前Excel中有需要的數據，畫出後老師平靜些給我說到，之前發現NbKα/NbKβ逐漸增加，現在我們發現NiKα/NbKβ逐漸減小，且呈二次曲線，NiKα是從雜質處泄露的，我提出的雙光子假設早就指出會呈平方倍下降，實驗吻合的這麼好，我讓你畫，你就好好畫，我們不是找到了激發態從雜質處泄露的證據了麼。這個發現讓老師的態度發生了大轉變，隨後程老師又說到，你慢慢做，把每一步都寫清楚，保證方法沒有錯，這是篇好的Nature，好好做，我讓你當一作，一個人一輩子能發幾篇Nature的一作。
老師態度的突然轉變讓我措手不及，我該不該退縮，開題風波時與周老師談完話後，我在給老師道歉的電話裏說，無論遇到什麼困難，我都會勇敢面對，去克服。我如果真就這麼退出了，今後怕是什麼也一事無成，面對一作的誘惑，面對心理的鬥爭，我放棄了退出。我為什麼會一直在恐懼中生活，是因為我對畢業看得太重，上天眷顧讓我來到這第一學府，而我不努力而不能畢業，愧對於心，可如果不能完成課題，大不了延期一年，再做一個課題，又有什麼大不了的！看透了畢業與否與我是否成材並無太大關係，我的心似乎釋懷了許多。
隨後我又發現探測器在2013年重啟後的道址發生了變化，所有涉及這兩段的分析需要重做，程老師也並沒說太多，畢竟此時發現比寫完論文發現要好很多，要不然我就鐵定畢不了業的。這個工作是在論文撰寫的同時完成的，這期間我又做了歸一化殘差的平方和，來評估核衰變中是否出現了漲落異常，這本是我的主要工作，而如今似乎並不重要了，只是為了給開題報告一個交待。做完這些我便開始整理論文，由於許多分析需要重做，雖然距離論文提交還有一個月，但我仍不敢鬆懈，生怕再出現什麼新的亂子，現在我只希望重新整理時，以前的分析結論還是可靠的，不然我真就無法承受了。
開題時我提出要發現多個異常的現象，不過被老師否決了，說你只要研究出漲落異常就可以結題了，但事實是，我確實發現了一連串異常的現象，而漲落異常只是其中的一個，我想這就是開題與實際研究的區別吧，研究工作是無法知道會出現什麼東西的，事實是怎麼樣，我們就怎麼報道，老師稱之為科學。
5 論文撰寫
進入論文撰寫工作後，我就每週給老師發一次新的實驗數據，而這個期間，我與老師的通話也少了許多，起先一天沒有電話還覺得奇怪，早上還是會按時醒過來，後來我知道這個時候老師在寫投給Nature的Scientific Reports稿件，壓根沒空管我，以前老師每天都會安排我的工作，現在我似乎獲得了自己安排的自由了，一時之間還不知如何是好，我就從大綱和背景開始寫，打算寫道哪一步就整理哪一步的數據，畫哪一步的圖。
研究過程中，我質疑過雙光子猜想，也曾懷疑樣品受到了雜質污染，但隨著我深入的瞭解，親自查詢資料庫，多番思索，很難根據傳統的理論解釋樣品的核衰變數據，而唯獨程老師的這個理論至始至終都能解釋目前發現的現象，且不需要引入多麼複雜的過程，我也便相信老師的理論，相信這個發現是爆炸性的。
不過論文剛寫到數據分析，就又出了麻煩。此前，我在做減譜的時候發現，不僅是13年探測器重啟後，道址發生了變化，從更早的舊探測器開始，道址就隨著時間在變化，之前只是初略的估計了一下，程老師讓我把變化量極其誤差求出來。要完成這一工作，首先要重新定標，這次定標的精度為1eV以內，否則誤差就會比道址的偏移量大，也就沒有什麼意義了，但誤差就是誤差，怎麼能減小呢。
老師讓我自己想辦法，我折騰了兩天，想出一套用模擬高斯峯離散求中心道址的方法，然而並不能降低精度，老師又告訴我他想的方法，又兩天下來我還是沒能按照老師的方法實現，老師看完郵件就跟我打電話，老師再次發怒說，你這都幾天了，弄出來的都是狗屁，投出去的論文我現在就可以撤回來。這天在陽臺，我大氣也不敢喘一個，只是聽著老師的斥責，面對這樣的情形，也是見怪不怪，老師生氣的掛斷了電話。我繼續思考著該怎麼做，過了一會兒，老師打電話回來了，老師問我還想不想畢業了，我說想，我想把這個問題克服了。老師又向我交待了該怎麼做，還問我還有沒有問題，我說沒有了，老師說，那好，明天我起來要看到結果，不然你就別做了。
我把電腦搬到了中廳，熬夜到了兩點，完成了初步的分析，之後再做了完善，老師也沒有再為難我了。其實，老師所說的解決之法就是藉助擬合，原來利用幾個峯的中心來標定，丟棄了很多信息，而利用高斯擬合將整個峯的信息考慮進來，可以實現數據最大化的利用，並利用定標結果優化高斯擬合，反覆迭代，實現最優擬合，最後將精度降一個量級，達到設備的極限。這種方法的麻煩之處就是要手動迭代，我之前一直覺得這個方法很笨拙，沒有嘗試，但實際做起來只是操作繁瑣一些，這時，我再次感受到一名科研人員的較真。
在撰寫論文期間，程老師還找我畫了幾幅投稿需要的圖，並教導我如何清晰的表達數據。截止論文完成，我寫的分析文檔共109個，其中包含71個Word文檔、36個Excel文檔和2個PowerPoint文檔，紙質記錄共50頁，畢設論文正文有45頁，總43000字元76頁。
6 結束語
當初和同學小雨做挑戰杯的時候，我發現作為剛入學的博士生黃師兄動手能力、分析能力和學習能力都非常厲害，也想著一年之後，要成為這樣優秀的學生，因而後來選擇了一條艱難的路，事實證明比我想像的還要艱難許多。現在我如願完成畢設設計，回想起來，程老師對我的指導可謂細緻到極致，給我講述清晰的物理圖景，教我如何分析問題，教我基本的科學倫理，比如刻意的隱藏數據也是學術造假，這點國內很多人都做過，但不是很多做過沒有承擔後果就不是學術造假了，隱藏部分信息，而講述自己以為的規律，但實際上很可能那被隱藏的部分，纔是真正的科學。還有很多時候，程老師的估算能力讓我驚嘆，老師會通過簡單的評估，就知道我是不是處理錯了，或者從量級的估算決策數據處理的方法，以及確定接下來我們研究的方向。老師問過我，為什麼標量僅一個參量表示，而空間等矢量要三個參量，因為這類似自旋為0有1個態，自旋為1有3個態，幾個態就幾個參量。也曾問過我如何證明NiKα是從雜質處泄露的，不是旁邊有個放射源幹擾呢，因為之前鎢靶定標時沒有Ni和Fe的特徵線。老師也曾多次逼我用一句話回答，為了培養我作為一名科研人員的幹練和嗅覺。程老師說他之所以鬧出那麼大事還能在工物系待下去，就是因為高教授認為程老師做的方向非常有價值。非常遺憾程老師碰到我，出了這麼多的麻煩，非常幸運我遇到程老師，重塑三觀。
程老師跟我說，你能做出多大的貢獻，全看你有多大本事，但我要教你的，是你做的東西對得起自己的良心。我很遺憾，沒能向程老師學到問問題的本事，但既然開始走在科研道路了，就要一直走下去。
以上就是我畢業設計完成的始末，斷斷續續寫了十來天，也讓我認清了期間發生的許多事情，同時這份經歷讓我對清華園的我有了認同感，時間過的很快，而我能做的事遠超乎我的想像。
附上本科畢業設計工作的paper的鏈接，也是標誌著我踏上科研道路的第一篇學術文章：
Impurity channels of the long-lived Mossbauer effect
7 後記
雖然研究生階段沒有接著做這個領域，但是當初學習到的研究方法和科學精神，至今仍指導著我的工作，感謝那段時光的磨練讓我成長，並陪我繼續在科研之路走下去。
最後分享一下畢業時程老師告誡我的話，是陳寅恪先生的《王國維先生紀念碑》中的一句：
惟此獨立之精神，自由之思想，歷千萬祀，與天壤而同久，共三光而永光。
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