“在实验科学领域，如果科学仪器做得不好，很难超越别人，你只能永远跟着别人。做好实验科研的必由之路是做好科学仪器，掌握核心技术。”
“我自然选择了物理化学这门学科，物理化学的理论基础大部分是物理学。原子和化学反应其实都可以用物理来描述，化学反应遵循的最重要的基本原理就是量子力学。”
杨对反应共振态的寻找一直是化学反应动力学研究中的重要课题，这为直接观察化学反应在飞秒过渡态附近的行为提供了机会。8月21日，中国科学院院士、中国南方科技大学副校长、教授、中国科学院大连化学物理研究所研究员杨，因其研发的新一代高分辨率、高灵敏度的量子态分辨交叉分子束科学仪器，揭示了化学反应中量子共振和几何相位效应的成果，获得未来科学大奖——材料科学奖，单奖金额675万元。
出生在浙江德清县一个小村庄，热爱化学的杨高考后进入物理专业。化学没读够，带着对化学的向往考研，于是敲开了物理化学的门。“物理化学的理论基础大部分是物理学。原子和化学反应其实都可以用物理来描述，化学反应遵循的最重要的基本原理就是量子力学。”
在美国做博士后时，杨改变跑道，进入科学仪器领域，找到了坚持至今的科研方向:开发新的科学仪器，从事化学动力学领域最前沿的实验科研。“在实验科学领域，科学仪器做不好，很难超越别人，你只能永远跟着别人。做好实验科研的必由之路是做好科学仪器，掌握核心技术。”
杨年事已高，仍在履行他的科学使命。目前正在推动我国新一代高重复率自由电子激光装置的研制，推进在深圳规划的X射线自由电子激光和大连极紫外自由电子激光项目建设，为科研人员提供世界最先进的极紫外和软X射线光源。
"从事实验科学的科学家们一直在寻找新的工具和方法."杨告诉该报，X射线自由电子激光器是基于世界上最先进的超导加速器技术开发的装置，将在未来的工业发展和基础科学应用中发挥重要作用。推动该设备在深圳落地，有助于推动大湾区基础科学和应用科学的发展。
杨还告诉该报，当我们处于科学研究的最前沿时，我们需要闯出自己的路来，而坚持是重要的。“你认为这个方向很重要。你发现了好问题，就要想尽一切办法去解决。”他建议年轻人要有耐力，要有新意，要敢于冒险尝试，才能真正找到一条科学自信的发展道路。
如何观察飞秒化学反应的过渡态？
自20世纪30年代提出化学反应过渡态理论以来，化学动力学的研究取得了许多里程碑式的进展，并获得了许多诺贝尔化学奖。
杨研制出新一代高分辨率、高灵敏度交叉分子束科学仪器，在基元化学反应动力学研究领域，特别是在化学反应共振态、几何相位效应、化学反应中的量子干涉等研究方面取得重大突破。
他发展了量子态分辨的背散射光谱技术，通过高分辨散射实验和精确的理论研究相结合，揭示了化学反应中的多种共振现象，极大地推动了量子水平上化学反应过渡态的研究。
此外，他发展了高分辨率跨分子束反应成像技术，首次发现了化学反应中的几何相位效应和自旋轨道共振波之间的量子干涉。
杨获奖的原因是过渡态理论，即激活复合体理论。该理论认为，反应物分子并不只是通过简单的碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成高能活化复合物的过渡态，达到这个过渡态需要一定的活化能，然后才转化为产物。过渡态是反应物体系转变为产物体系过程中能量最高的状态。旧键没有完全断裂，新键没有完全形成，过渡态不稳定。“每一个化学反应过程都非常特殊，控制一个化学反应最重要的过程就是过渡态。”杨说，过渡态的特征是化学反应动力学研究中一个非常重要的课题。化学反应动力学研究的一个基本任务是了解反应过渡态如何控制化学反应的速率和产物分布。因此，对反应过渡态的直接观测长期以来被视为化学科学研究中的一个“圣杯”。
但是，对于大多数化学反应来说，过渡态的寿命很短，一般在飞秒量级，1飞秒等于1000万亿分之一秒。因此，在实验上直接观察这些短寿命化学反应的过渡态是极其困难的。
共振态是化学反应体系在过渡态区域形成的具有一定寿命的准束缚量子态，类似于分子中光谱对应的振转动态。它提供了一个直接观察化学反应在过渡态附近行为的机会，然后我们可以利用共振态来详细研究化学反应的一些细节。
寻找反应的共振态一直是反应动力学研究的重要课题。“实际上，我们的工作是发展新的实验方法来观察这些量子态的特性，然后结合动力学理论来解读这些量子态的各种特性，如能量、寿命、波函数等。，这样我们才能真正非常透彻地理解量子层面的化学反应过程。”
杨发现由产物的量子态分辨的背散射信号随碰撞能量的变化是实验上检测反应共振态最有效的方法。团队称之为背散射光谱法，这是一种在实验上探测反应共振态的利器。
与理论家院士合作，杨还揭示了“人们长期寻求的化学反应共振态的‘新机制’——化学键软化”。“这项研究极大地拓展了我们对化学反应共振现象的认识和理解，为今后研究反应共振态指明了新的方向。”他曾经写过这个。
同时，几何相位效应是一种特殊的量子现象，在物理和化学领域有着广泛而特殊的应用。“我们的工作是通过发展新的实验方法和实验仪器，在国际上首次观察到化学反应中的几何相位效应，可以利用几何相位效应研究化学反应中非常特殊的机理。”
杨和中国科学技术大学教授自主研发了一套独特的结合阈值激光电离技术和离子速度成像技术的跨分子束反应动力学研究装置，使实验中获得的氢原子产物的散射角分辨率在同类仪器中达到国际最高水平。
利用该装置，研究团队成功测量了H+HD→H2+D反应的全量子态分辨率产物速度图像，并在实验上观测到了H2产物前向角分布转换为动态分辨率的快振荡结构。研究者揭示了几何相在化学反应中的独特作用和几何相效应的物理本质。相关结果于2018年12月在线发表在《科学》杂志上。
打开物理化学的大门，改变跑道，进入科学仪器领域
“我在学术发展的过程中走了一条我觉得很有特色的路，有时候确实是一种机遇。”
1962年，杨出生在浙江德清县的一个小村庄。中学的时候，我被化学老师启蒙热爱化学，但是这个心爱的学科在高考中并没有眷顾他。“我高考化学没考好，物理考得很好。”1978年，16岁的他考入浙江师范大学物理系。
即将大学毕业，未来该何去何从？杨很自然地又想到了化学。“我感觉自己读的化学还不够，所以我要去学化学。”他想考研，量子力学是必修课，但是这门课安排在上学期。“所以我很着急。”
教量子力学的李鹤年老师建议他自学。“他说如果我考过自考，上学期就不用考了，逼着我自学。”最后系里的考试也通过了。杨回忆说，这个自学过程对他意义重大。“至少我读研究生的时候，敢考量子力学，考的还不错。我被录取了。”
1982年，杨顺利考入中国科学院大连化学物理研究所。20岁离开浙江，从物理转到化学，师从中国著名化学家张存浩和朱教授，也打开了物理化学的大门。
杨说他很幸运。物理学有严格的理论体系，他的物理思想非常严谨。在接受了物理训练后，他转到了化学专业，并认识到了一种不同的化学。从跨学科发展的角度来看，我们可以从不同的角度去研究，甚至进入另一个学科，有更多新的机会去发现别人可能不太关注的科学问题。
“我自然选择了物理化学这门学科，物理化学的理论基础大部分是物理学。原子和化学反应其实都可以用物理来描述，化学反应遵循的最重要的基本原理就是量子力学。”
1985年在大连化学物理研究所获得硕士学位后，赴美国加州大学圣巴巴拉分校化学系攻读博士学位。1991年至1995年，在普林斯顿大学和加州大学伯克利分校从事博士后研究。
在外人看来科研之路一帆风顺，而杨自觉也有迷茫的时刻。他在大连化学物理研究所、加州大学圣巴巴拉分校和普林斯顿大学学习分子光谱学。当他完成普林斯顿大学的博士后工作后，他开始思考未来的方向。光谱之路看起来“并不容易”，“在这个领域没有他喜欢做的事情。”
他有改变跑道的想法。加州大学伯克利分校的机会就在眼前。他想尝试使用先进的光源来开发化学动力学的科学仪器。“我发了那么多关于分子光谱研究的文章，感觉好像还是挺难的，还没找到新的发展点。我想如果我去做一个科学仪器，即使不那么成功，我也能学会做一个高水平的科学仪器。可能我还有其他方向可以选择，比如做仪器工程师。我觉得这样也很好。”
从普林斯顿大学到加州大学伯克利分校，他开始学习使用计算机辅助设计，设计先进的科学仪器，使用先进的光源研究化学动力学。杨准备少发表的论文。他在普林斯顿大学的一年多时间里发表了十多篇论文，而在加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的两年半时间里，他只做了一套复杂的分子束科学仪器，只发表了几篇论文。
但也正是因为这个转折和经历，杨找到了一个坚持至今的科研方向:开发新的科学仪器，从事化学动力学领域最前沿的实验科研。
“大多数人做科学都要面临研究方向的选择，很少有人一辈子在一个领域做同一件事。”杨的经验是，即使你改变了跑道，也不要放弃以前的基础，而是用它来开辟新的兴趣方向。
“我特别喜欢设计仪器。在那个时候，用电脑进行设计还是比较新鲜的事情。我觉得这个方向特别有意思。画出设计图，然后做出自己想要的科学仪器，很有成就感。所以我毫不犹豫地做了。”
科学仪器做不好，只能永远跟着别人。
“如果我做科学仪器，我从来不做和别人一样的事。如果我想成为一个科学仪器，我得说服自己，我的科学仪器做出来之后，我能在这个领域有一个非常特别的视角，能让我在某些研究方向做出非常有特色的研究，或者其他的不能。”
杨研制的十多套科学仪器都遵循这一原理，这些仪器也是他在学术战场上驰骋的利器。杨长期从事气相和表面化学反应机理和动力学的研究。他设计、研制和开发了一系列国际先进的科学仪器，并利用这些先进的科学仪器在化学反应动力学领域取得了一系列重要的研究成果。
他在普林斯顿大学和加州大学伯克利分校从事博士后研究时，研究了同步辐射光源在化学中的应用。“当时我觉得同步辐射的亮度不够我研究用，所以我一直在想，以后如果我们能有一个极紫外或者自由电子激光装置，极紫外的亮度就能满足我的要求。”
正是基于这种想法，杨和他在中国科学院的同事回国后推动了极紫外自由电子激光技术的发展。他主持研制成功中国第一台大型自由电子激光科研用户装置，这是世界上唯一一台工作在极紫外波段的自由电子激光装置。
今年，分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究所的姜凌研究员、中科院院士杨与清华大学教授李娟合作。利用基于大连相干光源的自主研发的中性团簇红外光谱方法，在冰状中性水团簇七聚体中发现了许多棱柱状和笼状结构，为揭示氢键网络从液态水到微冰的演化机制提供了新思路。
大连相干光源是杨研制和建造的“基于可调谐极紫外相干光源的综合实验研究装置”。他很高兴这个设备继续产生重量级的结果。
“制造科学仪器的人往往不是特别受重视，但没有新的科学仪器的发展，很难在实验中做有意义的工作。”杨认为，没有新的科学仪器，实验科学的发展很难实现真正的国际领先。“实验科学的发展需要发现和探索新现象，但用旧仪器很难看到新现象。”
“在实验科学领域，科学仪器做不好，很难超越别人，你只能永远跟着别人。做好实验科研的必由之路是做好科学仪器，掌握核心技术。”杨要求进一步加大对科技的重视，加大对科学仪器开发的投入。目前中国的先进科学仪器很大一部分要靠进口，一旦受到限制，也会面临“卡脖子”的问题。如果科学仪器没有做好，就很难真正做到科学自立。
“所以我们应该鼓励年轻人和学者勇于开发自己的技术和先进仪器，特别是在实验科学方面。不是从一台仪器上得到数据就够了，而是真正从根本上开发出自己最先进的仪器和方法。只有这样，我们才能真正成为世界科技强国。”
同时，核心技术的研发和高层次人才至关重要。“人才不是大学毕业就能一下子长起来的，而是在很多高水平的大学实验室里。”经过良好的培养，这些人才逐渐成长为技术型RD人才，在关键技术的研发中发挥作用。“我们做自由电子激光技术，通过研究和培养人才，真正做到这个方向。”
“谈这个没用。一群人应该真的愿意去做。”杨说，除了政策支持，科学体系还需要容纳这样一批科学仪器研发人员。他还反思了什么样的体制机制能更好地促进科学仪器的发展。
目前科研人员的主要评价指标是论文。“用现成的仪器做科研当然是一个重要的方面，但其实真正高水平的实验科研非常需要科学仪器的创新。”他说，制造复杂的科学仪器需要庞大的团队和投入，要敢于冒险。“有了这样的机制和环境，我们未来在实验科学和高端仪器方面可以取得更好的成绩。”
杨说，作为一名科技工作者，我们也应该珍惜国家资源，高度重视科学仪器研发的效率和水平。只有这样，才能促进这一领域更好的发展。
