综合新闻

基础物理“透视眼”走出国门,以缪子读懂大地——全球挑战计划马来西亚实践纪实

8月4日至11日,上海交通大学2026年度全球挑战计划项目——“缪子成像无损检测:跨国地质勘测”项目组赴马来西亚开展实践调研。项目组由李政道研究所长聘学者Kim Siang Khaw(许金祥)副教授带队,汇聚来自李政道研究所、物理与天文学院、船舶海洋与建筑工程学院等6个学院共11名学生。项目首次携便携式缪子探测器走出国门,跨越600多公里,足迹覆盖槟城、怡保、吉隆坡、马六甲与柔佛五座城市。团队先后走进槟城钟灵中学(CLHS)、马来西亚理科大学(USM)、马来亚大学(UM)、厦门大学马来西亚分校(XMUM)和马来西亚理科大学(UTM)进行高校科研交流,并在怡保霹雳洞、吉隆坡Masjid Jamek地铁站等真实场景开展实地探测。通过学术交流、实地勘测与数据采集,探索缪子成像技术服务地质灾害预警与城市公共安全的实际路径。

01-UM.jpg

破题:一次面向城市安全的技术出海

“缪子成像”项目组依托李政道研究所、物理与天文学院在缪子物理前沿研究方面的积累,以及船舶海洋与建筑工程学院在岩土工程领域的学科优势,聚焦喀斯特地貌城市面临发的深层溶洞、土体流失等地下安全隐患,以宇宙线缪子成像技术为切入点,利用缪子天然穿透力强、无破坏的特点,以给地球“做CT”的方式还原地下密度分布,为复杂地下结构的无损探测提供新的技术路径。

马来半岛地处热带,全年高温多雨,多座城市坐落于喀斯特或石灰岩地质之上,地下空洞与土体流失问题突出,近年来因地质结构变化引发的路面塌陷事故时有发生,对城市公共安全构成现实威胁。当地政府和学界曾公开表示,在该地质条件下,此类灾害的预测面临较大困难。频繁的事故暴露出传统探测手段在复杂岩溶环境中的局限性,也凸显了城市地下空间安全监测的紧迫需求。因此,项目组前往当地,期望以缪子成像的无损透视能力,帮助当地更清晰地掌握地下密度分布,为预防和规避塌陷风险提供科学依据。

14 -地铁站探测.jpg

项目组携带的缪子成像探测器源自国际缪子精密测量实验(美国muon g-2、瑞士muEDM实验等)的探测技术,由李政道研究所缪子技术实验室针对户外工况重新工程化,具有耐高温、高湿、粉尘的特点,便携可拆装。技术核心缪子透射成像原理方面,主要通过对比有无遮挡条件下的通量差异,反推空间密度分布。借助不同方向上的缪子通量变化,研究者能够获得大型目标内部物质分布的信息,在不大规模钻探、不破坏原有结构的情况下,对山体、洞穴以及大型地下结构进行无损“透视”。此次实践,是将前沿物理工具转化为面向实际城市安全问题的解决方案的一次探索,也为跨学科服务“一带一路”沿线国家民生安全提供了有益尝试。

搭桥:一场跨越五城高校的学术接力

此行的另一重要目的是与马来西亚高校进行技术交流,分享上海交通大学在缪子成像领域的研究积累与经验,开展缪子物理技术方面的跨校合作。项目组先后走进槟城钟灵中学(CLHS)、马来西亚理科大学(USM),马来亚大学(UM)、厦门大学马来西亚分校(XMUM)和马来西亚理工大学(UTM),围绕缪子物理基础研究、探测器技术研发、数据采集与分析方法、实际工程应用等方向作学术报告与技术演示。交流内容覆盖从基础科普到专业研讨的多个层面,并与当地师生就技术落地面临的工程挑战、数据解译方法及未来合作路径展开深入讨论。

08-钟灵.jpg

槟城钟灵中学是此行的第一站,作为百年华文名校,这里见证了一场别开生面的科普讲堂——许金祥副教授以校友身份回到母校,向中学生们科普宇宙线缪子的基本原理;留学生Qee Enn Tai(戴颀恩)从自身经历出发,讲述在上海交大的学习与成长;本科生李逸飞分享了一名物理学子从课堂走向科研的探索之路。学术交流的起点,由此从马来西亚的青少年心中萌芽。

12-USM.jpg

在高校层面,交流更趋深入。马来西亚理科大学在地球物理与环境监测领域积淀深厚,与缪子成像技术天然互补;马来亚大学作为马来西亚历史最悠久的高等学府,汇聚了吉隆坡市政厅(DBKL)、马来西亚国家基建公司(Prasarana)等政府和国企单位、为缪子物理在城市安全中的应用讨论提供了高水平学术平台;厦门大学马来西亚分校则成为产学研合作的重要纽带——项目组与中国交通建设(马来西亚)有限公司、校方代表达成合作意向,共同推动缪子成像技术在当地基建领域的落地;马来西亚理工大学汇聚了原子能许可委员会、高速公路公司等多方代表,开展了多维度交流,项目组成员曾永浩、王赢鹤、Wong Guan Ming(黄冠铭)、李沛瑶、郝展绪、Mehdi Kaci、易席言等同学分别在各高校围绕宇宙线物理、缪子技术原理、数据采集系统与成像分析、技术应用作报告并进行缪子成像探测器技术演示。

15-XMUM.jpg

此行还促成了多项实质性合作进展。项目组与马来西亚国家基建公司就地铁隧道安全方面已经共同开展预研工作。在厦门大学马来西亚分校,项目组与校方及中国交通建设(马来西亚)有限公司达成初步合作意向,共同推动缪子成像技术在当地基建领域的落地应用。马来西亚理科大学、马来西亚理工大学等高校也分别就联合研究与场景拓展达成初步共识,马来亚大学物理系则进一步深化了与李政道研究所深化学生联合培养的意愿。

从北到南,这场跨越五城的学术交流,既促进了中马双方在缪子物理前沿的相互了解,也搭建起涵盖高校、政府机构与行业企业的合作网络。各方围绕技术攻关、人才培养与成果转化达成广泛共识,为未来合作奠定了坚实基础。

求证:以实地探测中回应真实需求

学术交流所讨论的方法和合作设想,最终需要进入真实环境接受检验。此次实践选择的不同探测场景,从天然岩体到城市公共交通空间,呈现出由技术验证向实际应用逐步推进的层次。

项目组首先在马来西亚理科大学的防空洞内进行了首次实地探测演示,这一过程是探测器初步进入马来西亚实际建筑环境,为团队熟悉海外现场的设备布设、数据获取和环境条件积累了经验。

24-USM-防空洞探测2.jpg

随后,团队来到位于怡保的霹雳洞。这一地区广泛分布石灰岩,区域地质资料已经记录了岩溶空腔、塌陷和陡崖落石等问题。霹雳洞长期面临岩石崩塌风险,项目组前往考察,通过高精度内部结构探测为岩体稳定性提供量化数据,助力政府与寺庙管理方科学防范灾害、保障游客安全,具有明确的防灾应用价值。

吉隆坡拥有密集的道路、轨道交通、地下管网与大型建筑,地上空间高度集聚,地下结构同样复杂。Jalan Masjid India曾发生的路面塌陷事故凸显了吉隆坡核心区地下空间的安全隐患。在吉隆坡市政厅官员、马来西亚国家基建公司人员支持下,项目组赴Masjid Jamek地铁站周边开展前期测试与实地考察,旨在通过地下密度成像精准识别潜在空洞和疏松带,为城市基础设施的风险预警与防治提供科学依据,助力公共安全保障。

29-UM-地铁站探测2.jpg

从霹雳洞天然岩体的考察,到吉隆坡地铁站的地下测量,在不破坏山体、不影响正常使用的前提下,项目实践验证了缪子成像探测器在真实结构环境中的数据获取能力。这些宝贵的一手实验数据将继续支撑后续分析研究,为进一步开展密度反演、结构重建及相关科研成果产出提供基础。

底色:一段行走中的多元文化观察

科研交流之外,深入理解马来西亚的国情民情与多元文化,也是本次实践的重要目标。团队从槟城出发,沿马来半岛一路向南,跨越800多公里。在穿行于城市与自然之间,团队得以近距离观察这个多民族、多语言、多宗教并存的国家,感受其独特的社会风貌与文化脉络。

35-品尝当地特色美食.jpg

槟城华人社会根基深厚,华文教育与宗乡会馆传承至今,中式店屋、印度庙宇与清真寺毗邻而立,多元族群在同一片土地上和谐共生,带来熟悉又陌生的体验;怡保因锡矿而兴,如今岩山和洞穴已成为当地最鲜明的自然景观之一。马来西亚较低的油价让汽车成为最普遍的出行方式,也让项目组成员在一次次通勤的拥堵中,对这座城市的交通建设有了直观感受。

站在地理课本上曾学习过的马六甲海峡岸边,亲眼见证这条连接印度洋与太平洋的“海上交通要道”的繁忙与厚重。数百年来,船只、商品与人群沿着海峡往来,不同文化在此相遇交融;这次短暂停留,让此次跨国实践成为这条漫长交流脉络中的一个小小节点,汇入延续至今的文明往来之中。

多民族聚居的特色还体现在马来西亚的饮食文化中,马来西亚街头的猫山王榴莲饱满醇厚,价格平易,令团队成员初次体验“榴莲自由”。娘惹菜则将中式食材与马来香料巧妙结合,呈现出层次丰富的独特风味——马来人、华人与印度人的烹饪传统在这里相遇,食物如同一面镜子,折射出这片土地数百年间文化相遇与融合的痕迹。

穿行五城之间,团队也切身感受到马来西亚社会特有的亲和与包容。与当地华人学生的交流让成员们意识到,尽管祖辈早已南下生根,但语言、习俗与家庭记忆仍维系着跨越国界的文化纽带。以行走为径,不仅在地理上跨越了半岛南北,更在一次次观察与对话中,为此次跨国科研实践注入了更为深层的文化底色。

38-升旗山大合照.jpg

从物理实验室到实地地质勘测,从高校学术交流到政府、企业共建合作前景,此次实践不仅收集了珍贵的一手数据,,也为后续跨国联合研究与技术落地打开了合作空间。团队成员在真实的海外场景中直面技术挑战,在跨文化的对话中理解科技回应现实需求的路径。当宇宙缪子穿过山体与城市地下空间,探测器记录下的每一个微弱信号,都在被转化为可理解的数据、可回应的知识。

此次实践的深远意义,不止于技术验证本身。作为上海交通大学全球挑战计划的重要组成部分,项目组以跨国科研协作回应真实的城市安全问题,将基础物理的前沿工具应用于“一带一路”沿线国家的民生需求,探索中国高校在全球公共议题中发挥建设性作用的新路径。项目组期待以此次实践为起点,持续推进中马双方在缪子成像技术领域的联合攻关、人才培养与成果转化,为城市公共安全治理贡献交大智慧,也为全球可持续发展目标的实现提供来自中国高校的解决方案。

李政道研究所
李政道研究所
孟闻卓