近日,，物理學(xué)院李炳偉教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合比利時(shí)根特大學(xué)Alexander V. Panfilov教授,、魯汶大學(xué)Hans Dierckx教授共同在反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的奇美拉態(tài)——自組織靶波奇美拉態(tài),。相關(guān)成果以“Self-Organized Target Wave Chimeras in Reaction-Diffusion Media”為題,，發(fā)表于物理學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Physical Review Letters（物理評論快報(bào)）,。李炳偉教授為論文第一作者，并和Alexander V. Panfilov教授為共同通訊作者,。物理學(xué)院研究生肖潔,，副教授李騰超參與研究。杭州師范大學(xué)為論文第一署名單位,。

Physical Review Letters（物理評論快報(bào)）是美國物理學(xué)會(huì)主辦的物理學(xué)頂級學(xué)術(shù)期刊,，主要發(fā)表重要的、原創(chuàng)性強(qiáng),、具有廣泛物理興趣的研究成果,，并對全球科學(xué)社群起著重要的引領(lǐng)作用，其ESI總引用排名長期位于物理學(xué)學(xué)科第一名,。

發(fā)現(xiàn)一種新的奇美拉態(tài)

斑馬的黑白條紋,、海螺的旋轉(zhuǎn)螺紋、植物莖葉的回旋卷曲……大自然中這些豐富多彩的圖案是怎么形成的，一直是個(gè)令人好奇的問題,?？茖W(xué)家對此做過許多推理和實(shí)驗(yàn)，并從物理,、生物等多學(xué)科角度對斑圖形成的原因,、規(guī)律、變化規(guī)則等特點(diǎn)進(jìn)行研究,。

在這些瑰麗多彩的斑圖中,，奇美拉態(tài)（Chimera states）以其獨(dú)特性和在生命科學(xué)中的潛在應(yīng)用吸引了眾多學(xué)者的目光。在過去的二十多年中,，奇美拉態(tài)是非線性動(dòng)力學(xué)和復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn),，它是一種對稱性自發(fā)破缺形成的同步和非同步共存的時(shí)空斑圖，因酷似希臘神話中的奇美拉神獸而得名,。它的發(fā)現(xiàn)顛覆了人們長期以來認(rèn)為耦合全同振子系統(tǒng)最終將趨于同步或非同步狀態(tài)的傳統(tǒng)觀念,。然而，業(yè)內(nèi)一個(gè)長期的困惑是,，靶波是否也存在相應(yīng)的靶波奇美拉態(tài)？

李炳偉教授團(tuán)隊(duì)為這一問題提供了肯定的答案,，在反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的奇美拉態(tài)——自組織靶波奇美拉態(tài),。

研究團(tuán)隊(duì)在基于布魯塞爾子與環(huán)境耦合的反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬中，觀察到了自組織靶波奇美拉態(tài)的涌現(xiàn)（如圖1）,。不同于經(jīng)典靶波,，自組織靶波奇美拉態(tài)的波源（pacemaker）由一組非同步的振子組成，即呈現(xiàn)出有序波從無序波源產(chǎn)生的現(xiàn)象,。該系統(tǒng)中同步波與非同步波源的共存特征,，可通過序參量進(jìn)一步定量描述。除了相位的非同步外,，波源區(qū)域的振子頻率也明顯不同于系統(tǒng)其他部分的振子頻率,，進(jìn)一步體現(xiàn)了這一奇美拉態(tài)的獨(dú)特動(dòng)力學(xué)特性。

而且研究團(tuán)隊(duì)通過分析環(huán)境的頻率和振幅,，發(fā)現(xiàn)自組織靶波奇美拉態(tài)中的頻率基本保持一致,，但在波源（非同步區(qū)域）處振幅顯著低于同步區(qū)域（見圖2）。

這表明,，自組織靶波奇美拉態(tài)的涌現(xiàn)可以理解為每個(gè)振子接收到相同頻率但不同振幅的刺激,。波源處之所以處于非同步狀態(tài)，是因?yàn)樵搮^(qū)域的振幅不足以維持同步性,。利用相約化技術(shù),，本研究從理論上給出了臨界振幅值并與數(shù)值模擬吻合，進(jìn)一步支持了這一解釋。

為了更好深入理解參數(shù)對自組織靶波奇美拉態(tài)涌現(xiàn)的影響,，研究給出了耦合強(qiáng)度和密度下靶波奇美拉態(tài)存在的相圖,，如圖3所示。

研究在俄勒岡子（Oregonator）與環(huán)境耦合的反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中進(jìn)一步驗(yàn)證了自組織靶波奇美拉的存在,，如圖4,。

研究進(jìn)一步提出一個(gè)唯象模型予以解釋，并給出了耦合強(qiáng)度和密度下的靶波奇美拉態(tài)存在的相圖,。此外,，本研究在其他模型中也驗(yàn)證了這種自組織靶波奇美拉態(tài)的存在。此研究進(jìn)一步加深了人們對靶波和奇美拉態(tài)涌現(xiàn)的理解,。

論文得到了Physical Review Letters（物理評論快報(bào)）審稿人的高度評價(jià),，評審意見中提到這個(gè)結(jié)果為耦合振子奇美拉態(tài)的研究補(bǔ)上了另外一塊拼圖（“such a result will add another piece of the puzzle in the study of chimera patterns in coupled oscillators.）。 

用心教書育人

2009年在浙江大學(xué)完成博士學(xué)業(yè)后,，因懷有對母校的深切感情,，李炳偉重歸杭師大，至今已獲國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng),，浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng),；以第一作者或通訊作者在Phys. Rev. Lett.，Phys. Rev. E,，J. Chem. Phys. 等國際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文二十余篇,。

作為一名一直從事物理研究的學(xué)者，杭師大理學(xué)院四年的本科學(xué)習(xí),，給李炳偉留下了深刻的烙印,。他不僅深耕學(xué)術(shù)，更在教書育人上極為用心,。2016年獲浙江省高校第九屆青年教師教學(xué)技能競賽優(yōu)秀獎(jiǎng),、校第九屆青年教師教學(xué)技能比賽二等獎(jiǎng)，2019年獲校第十二屆“教壇新秀”等榮譽(yù),。

“我至今記得本科時(shí)期上《數(shù)學(xué)物理方法》時(shí),，老師在黑板上寫滿了整板整板的公式，但眼睛從來都沒往書上瞄一下,，佩服之情油然而生,。正是當(dāng)時(shí)這些老師們的言傳身教，學(xué)校師范生的技能實(shí)踐,，還有教學(xué)樓下擺放的‘學(xué)高為師,、身正為范’的鏡子讓我在學(xué)術(shù)之外，也對身為教師的責(zé)任看的很重,?！崩畋フf,，本科時(shí)期師范生的教育，對他產(chǎn)生了潛移默化的影響,。呵護(hù)學(xué)生,、拓展課堂、啟發(fā)思考,、崇尚平等,、注重交流……師范教育的閃光點(diǎn)，李炳偉都將其進(jìn)一步豐富內(nèi)化與展現(xiàn),。

李炳偉長期講授《普通物理學(xué)I》《基礎(chǔ)物理學(xué)I》《數(shù)學(xué)物理方法》等核心專業(yè)課程,，他上課充滿激情，學(xué)科知識(shí)與一些專業(yè)內(nèi)的趣味話題穿插,，課堂氣氛輕松活躍,，有同學(xué)這樣評價(jià)：“上李老師的課，那些抽象的物理概念就像流水一樣自然而然進(jìn)入課堂,，深入淺出,。就像一個(gè)見多識(shí)廣的旅行家在分享自己的見聞一樣，李老師分享著知識(shí)點(diǎn),，而且無論內(nèi)容延伸到何處,，主題依然能及時(shí)收回來?！?/span>