1984 年我從清華大學工程物理系本科畢業，那年我聽從了《電動力學》課李師群老師的建議，報考了中科院地球物理研究所的“空間物理”專業的研究生，導師是著名的朱崗昆先生。考試結束之后，我就忐忑不安地等待結果，畢竟我本科的專業和空間物理沒有什么關系。然后有一天，李師群老師找到我，帶來了朱崗昆先生托他夫人、北京大學地球物理系的老師轉給我的一封親筆信，信里面大致是說我考得還不錯，希望我到他在中關村的家里面談。我馬上騎車到了他家里，是一座低層的小樓。朱先生很客氣地把我帶到了書房，先是問了我的個人情況，問我為什么想改行，又把我手寫的一篇關于電動力學的“論文”拿出來，糾正了里面的錯誤(我有點不記得這篇文章是怎么到了朱先生的手里，好像是我報考之后把論文寄給了朱先生)。然后朱先生說祝賀你考得非常好，在整個地球物理所都排在前面。但是，朱先生說，由于你考得太好了，而報考我的其他學生都是空間物理專業的學生，研究所領導決定把你轉到另外一位導師的名下，研究方向是地震，問我是否同意。我很意外，我說既然我考得好，難道不能滿足我的第一志愿嗎?朱先生說，他努力爭取了，但是改變不了所里的決定，如果我不同意，只有一個可能，就是調劑到科學院的其他研究所。
然后朱先生就拿出來一個單子，上面列出了他建議我考慮的幾個研究所以及導師，朱先生說這些導師和他關系都很好，如果我愿意轉過去，他會親自聯系，不會有問題的。朱先生還詳細地給我介紹了每個研究方向都干啥，以及每一位導師的情況。我當時感動得一塌糊涂，但是事先我是真的一點準備都沒有，就征求朱先生的意見。朱先生說，你還是先回去考慮一下再給我答復吧，下次就不用過來了，打電話就行。我起身告辭的時候，朱先生又特別說，高能所何澤慧那邊我最推薦，咱們中國的科研設備不行，但是他們就利用高山和氣球，在上面放置探測器，研究宇宙線和X射線輻射，未來很有前途，這給我留下了非常深的印象。我從朱先生家里出來，就騎車把單子上附近的研究所都轉了一圈。說實話，習慣了清華寬敞的校園，我真的不太喜歡那些研究所的環境。直到我最后到了高能所，特別是看到那一棟棟不大但是精致的實驗室樓，我自己稱為“小白樓”，我一下子就喜歡上了。再加上高能所本來就是朱先生最后又重點推薦的地方，我回到學校就用公用電話給朱先生答復說我確定去高能所。
朱先生很高興，說我馬上告訴地球物理所管研究生的老師，你明天就過去拿你的檔案去高能所報到。我第二天就如約去了，我記得那位女老師很不高興地抱怨說，明明所長欽點的你作為他的研究生，別人都求之不得，朱先生不是多事嗎?我以為她不同意我拿檔案，但是她馬上說，按道理不能考生自己拿走自己的檔案，但是既然朱先生一定要這樣做，我們得罪不起，你趕緊拿著檔案走吧，免得所領導知道了攔著，那我們就沒有辦法了。我就立刻騎車從清華東路的地球物理所去了玉泉路的高能所，好在那時候年輕，這點距離不算啥。我到高能所找到了負責研究生的王文娟老師，王老師特別熱情，說太好了，剛剛地球物理所打來了電話，朱先生也親自吩咐了，何先生也很愿意招你，不過由于高能所的研究生名額已經用完了，何先生特別從院里要了一個名額，有些手續還一下子辦不完，你先去宇宙線室和他們聊聊吧，算是走一道面試的手續。王老師把我帶到了樓上霍安祥老師(當時的室主任)那里，霍老師非常健談和熱情，倒是沒有考我，先是講了宇宙線室的輝煌歷史，包括張文裕先生、肖健先生和何澤慧先生等前輩的事跡，我立刻就覺得我做了正確的選擇。然后霍老師就很奇怪我怎么以這種方式到了高能所，我就把情況簡單地說了一下。霍老師哈哈大笑，說這像朱先生的風格，然后說，你名義上是何先生的研究生，但是具體的科研工作由李惕碚指導，李老師也是你們清華工程物理系畢業的，當然你應該知道何先生也是清華畢業的。這樣我就有了兩位導師，何澤慧先生和李惕碚院士(我記得當時李老師還是副研究員)。我忘記是什么原因了，那天李老師不在，我回去后給李老師寫信，希望給我一兩篇論文，我先熟悉一下。李老師回信列出了他在英國訪問期間發表的論文，期刊的縮寫是ApJ。我到清華圖書館找這個雜志，竟然沒有人知道ApJ 是什么雜志，費了好大的勁才找到并且復印下來了，這就是我最初讀到的天體物理的學術論文。很快，大學畢業后我就正式開始了“調劑”到高能所的研究生學習。
二、一個完整過程很重要
我記得在1984 年暑假大學畢業回老家前，我從學校借了一輛三輪車。那其實是我第一次騎三輪車，不得不說我的膽子還是挺大的，邊學邊騎就搖搖晃晃地把我的行李從清華弄到了高能所，王文娟老師很熱情地給我找了一個房間把行李存了下來。我至今還記得，回到清華之后，把三輪車還了騎上自行車，直接就一頭扎到了地上，忘記了騎自行車拐彎要調整重心!不過這一次學會了騎三輪車還是很有收獲，后來我在高能所結婚買家具，也都是我自己騎三輪車運回來的。
我在高能所的研究生階段時間不長，84 年秋季入學，86 年秋季去英國訪問，但是收獲非常大，對我后面的學習和研究都產生了重要的影響。我在這里就僅僅記下幾件事。
正如霍安祥老師所說的，何澤慧先生并不管我平時的學習和科研，我平時也都是找李惕碚老師、陸柱國老師、顧逸東老師、馬宇蒨老師等。但是何先生很喜歡和我們聊天，所以時不時的我就會找何先生說說話，但是基本上不談學習和科研，只有一次何先生問我，雙南你有沒有在準備出國啊?那時候很多同學的主要精力就是準備出國，學習和科研都是次要的事情，但是我一點都沒有考慮出國，基本上屬于只埋頭拉車不抬頭看路的那種，我就如實地回答了我的情況。何先生就說這樣挺好的，然后就再也沒有提起過這件事。后來我遇到另外一個單位的老師，他說你就是何先生說的那個學生吧?我很詫異。他接著說，何先生很喜歡你啊，前一陣子我們開會，很多老師抱怨學生不好好做科研，時間都花在準備出國上了，何先生很驕傲地說，我的學生張雙南就沒有這樣，很踏實地做科研。我當時內心非常震撼!我記得還有一次和何先生聊天，我說我和您一樣都是屬虎的，何先生馬上說，那你比我差了四圈，沒有希望趕上了。我說，但是我和您的年齡的相對差會越來越小，等我的年齡到了您的年齡的一半時，就可以四舍五入了，何先生開心地笑起來了。何先生笑起來特別慈祥和優雅。我不記得那時候是否單獨和何先生一起合過影，下面這張照片(圖1)是2004 年我陪何先生外出的時候照的。看到旁邊的人力車，我開玩笑說，您帶了我們這么多年了，我拉您跑一圈吧，何先生就很開心地坐了上去讓我們擺拍。特別致謝拍攝者張承模老師。
圖1 何澤慧先生(左)和張雙南(右)
李惕碚老師既是我的導師，也是我們一堆學生的偶像，對我們這些學生也都是關懷備至。我來高能所之前，在清華終于找到了李老師的那篇文章，就是后來被稱為“李-馬”公式的文章，這篇文章對我震撼很大，我從頭到尾讀了好多遍，開始理解了數理統計方法的重要性，我在英國的博士論文的一部分就是研究統計方法在天文的應用，我后來在美國NASA 發明了地球掩食成像方法并且用這個方法做出了一些有意義的成果，都得益于當時打下的統計學基礎。我自己帶學生也很重視統計方法，并且一再向學生強調，這是我們實驗室的一個重要傳統，一定要發揚光大。李老師的勤奮對我們都是很大的鞭策，那時候我們和李老師在一個大辦公室，我記得差不多每天早晨最早到辦公室和晚上最晚離開的老師都是李老師。我后來經常告訴我的學生們，要想有成就，勤奮是最起碼的，李老師成就大并不是偶然的，我們都是李老師勤奮的見證人。由于李老師離開辦公室通常都很晚，還給我們帶來了一點小麻煩。李老師的抽屜里面總是有一些餅干之類的小零食，我們都喜歡趁李老師不在的時候偷出來大家分享，所以經常焦急地等李老師離開辦公室。我們一開始以為偷得很隱蔽，因為我們發現剩的不多的時候就不偷了。后來聽說，李老師其實知道我們偷他的零食，看零食不多了就及時補充，而且是故意不鎖抽屜，有時候不小心鎖了抽屜還趕回去把抽屜打開，怕我們抱怨李老師小氣。
在高能所這兩年，對我后來的科研影響最大的就是參加“氣球”實驗。其實我當時的研究方向的名稱是“高空科學氣球”，我一開始以為是造氣球，很快就知道了造氣球是研究室的另外一個課題組在做，是顧逸東老師具體領導，李老師的課題組主要是做硬X 射線探測器，用氣球帶到高空進行觀測，于是我就自然而然地參加了這個課題。一開始我就是跟著打雜，但是很喜歡去香河放氣球。后來陸柱國老師找到我，說咱們的吊籃上還能夠再放點東西，你和王煥玉一起做幾個探測器放上做實驗吧，這個實驗很小，可以在一年之內做完。我問陸老師為啥做這個實驗?陸老師說，就是對你做一個完整的訓練，你現在參加我們的大課題，只能在里面做一點事情，不能完整地完成一件事，對你的訓練不完整。你做這個小實驗就可以經過一個完整的過程，這對于培養學術帶頭人非常重要。我于是在王煥玉老師的帶領下，從探測器設計、機械制圖、到工廠加工、做電路板、探測器測試、匯編語言編程、數據采集和數據分析，真的做了一個完整的實驗。其中有一個有趣的故事，我拿著我自己畫的圖紙到工廠加工的時候，工廠的師傅說排不上工期，我看到那些車床都閑著，就問我自己加工行不行?師傅開始擔心我不會操作，我說在清華金工實習的時候我干過，機器差不多，而且立刻操作了一把，師傅就說那你就自己干吧，但是出了事故我們不負責。我就很開心地把探測器的那個部件加工出來了。雖然這個實驗后來沒有取得什么科學成果，但是對我的訓練使我終身受益。
這個期間，我也特別享受在大課題組工作的氛圍。盡管我沒有正式參加吊籃上主實驗的工作，但是也參加了值班和調試。有一次在氣球發放的前夕，我建議負責數據采集系統軟件的師兄做一個測試檢驗，就是我們做核物理實驗常做的事件到達時間間隔譜，用來檢驗系統的死時間等問題，結果發現死時間明顯過大而且不規則，我們當時無論如何也解決不了。現場的總指揮顧逸東老師就要求現場所有其他人員撤回北京，現場只留師兄和我debug程序。我們經過一夜的debug，終于找到并且解決了這個問題，其實就是一個中斷程序的邏輯有漏洞。于是我們立刻通知北京那邊，大家很快就回到了現場，我向顧老師匯報了診斷的思路、問題的定位和解決措施，顧老師看了我們的測試之后，同意問題的確解決了，并且對我們做了口頭表揚。后來(1988 年初)我還在英國留學的時候，高能所的課題組要到巴西發放氣球觀測SN1987A，我所在英國團隊的一個課題組也會去巴西同時發放他們的伽馬射線譜儀。但是我在英國的研究課題與此無關，按說我不應該去巴西參加實驗。但是顧老師特別寫信給我，要求我和英國的導師商量爭取參加這個實驗，理由就是萬一中方的數據采集系統在現場出現問題，顧老師覺得我應該能夠幫忙解決，算是一道保險吧。我把顧老師的建議和理由轉告給了導師，導師竟然同意了，當然我也不是白去，英國的實驗的望遠鏡指向控制系統的軟件和硬件就交給我了。這一次的巴西之行雖然最終也沒有取得科學成果，但是大大豐富了我的國際文化和科研閱歷，在準備和實施這個實驗的過程中認識了很多意大利同行，今天我們和意大利的很多合作都和那一次結的緣有關。
三、浪跡歐美，高能始終在線
陸柱國老師在英國南安普頓大學訪問建立了雙方的合作，那邊的天文學科的負責人David Ramsden 博士隨后應邀來訪，我被安排擔任了翻譯，后來David 夸我是他見到的英文最好的中國人。雙方的合作是想推動發射一顆X射線天文衛星CHIXSAT，雙方共同研制X射線望遠鏡，由中方發射。為了進一步推動中英合作，David Ramsden 回國后邀請我和另外一位老師訪問南安普頓大學，我的主要工作包括優化望遠鏡的設計和研發探測器。我于1986 年11 月赴英，起初是接受英國文化委員會的資助，等資助快要結束的時候，David Ramsden 建議我申請南安普頓大學的獎學金(包括生活費和本國學生的學費)和英國政府的海外學生獎學金(支付外國留學生的額外學費)，使得我能夠在英國完成我的研究工作。很幸運的是，一下子就申請到了，我于是就于1987 年秋天正式注冊成為了留學生，當時我還保留了高能所的研究生的學籍，計劃在英國完成科研工作之后回國畢業和答辯。雖然我從來都沒有為出國留學做過準備，但是卻由于國內研究生科研的需要而成為了留學生。在英國留學期間，斷斷續續地有包括高能所在內的國內多個單位的學者來訪，我也通過信件不斷向高能所的老師匯報工作，一直和國內保持密切的聯系，1987 和1988 年兩年的暑期我也都回國做了學術交流。前面所述的1988 年初去巴西做實驗也是在這個期間發生的。由于高能所和德國Tuebingen 大學的合作關系，其間我也到那里進行了訪問，也順訪了歐洲其他單位，建立了比較廣泛的學術聯系，這是我2002 年全職回國后和歐洲開展的很多合作的主要基礎。
1989 年臨近我博士畢業的時候，國內發生了一些事情，導致我匆匆忙忙完成了博士論文去美國做博士后了。雖然我在高能所做研究生的時候，加速器和高能物理是高能所的主業，但是我完全沒有機會參與，這一直是我的一個遺憾。我中學的時候有一個夢想就是做高能物理研究，既然做博士后有了一次選擇的機會，我就申請去了賓夕法尼亞大學的高能組做博士后，實驗是在美國著名的費米實驗室，算是圓了我的一個夢。我特別開心的是，在費米實驗室經常可以遇到從國內去的訪問學者，也有高能所的老師，而且在高能物理的一些國際會議上也經常遇到高能所的老師，我經常請他們到家里做客，讓我覺得還在和高能所保持著聯系。1992 年我的博士后研究結束之后，我又回到了空間天文的研究，到了美國NASA的馬歇爾空間飛行中心擔任研究科學家。我在那里的研究工作和高能所那時的科研工作有很密切的聯系，所以學術聯系就建立起來了，一開始是邀請高能所的年輕人來訪，包括聯合培養博士生，后來我可以方便回國了就幾乎每年都回國進行學術交流，每一次主要都是在高能所，因為高能所也是我的家。我還清楚地記得有一次李老師親自帶著宋黎明老師到我家里看望我們，讓我們全家都非常感動。我離開NASA 到阿拉巴馬大學的亨茨維爾校區任教之后，建立了我自己的研究團組，團組的訪問學者和研究生差不多一半都是來自高能所的。我記得在美國期間，我還收到過國內的一封聯名信，是支持李老師等提出的硬X射線調制望遠鏡(HXMT)項目的國家立項，我當然毫不猶豫地簽了名。
直到2001 年，我接到李老師的郵件，說他牽頭的973 項目已經獲批，主要任務就是做HXMT的科學目標研究和關鍵技術攻關，希望我能夠回國協助他承擔這個項目并且推動HXMT盡快國家立項，早日發射運行。恰好李老師同時也開始在清華建立了天體物理中心，李老師說我回國入職清華比較方便。
其實我在NASA 工作的時候就申請過美國一個高能空間天文臺的“項目科學家”的職位，最后在NASA面試的時候，NASA的官員問我什么時候申請美國國籍?因為我不入籍就沒有擔任這個職位的資格。我就回答目前沒有這個打算，于是就被淘汰了。回到Huntsville，我向老板匯報了這個情況，老板說你既然沒有入籍的打算，在NASA工作已經沒有前途了，你去大學發展吧。1998 年馬歇爾空間飛行中心和阿拉巴馬大學Huntsville 校區決定聯合設立一個教職，促進雙方的合作，我就成功地應聘了這個教職并且把我的小團組搬到了大學，主要研究經費仍然由馬歇爾空間飛行中心提供，同時我也申請了NASA的科學研究項目，得到了不錯的啟動支持(圖2)。我原打算在大學開展空間天文儀器的研發，然后發起一個空間項目，但是后來NASA總部通過馬歇爾空間飛行中心轉告我，我如果不入籍，NASA 就不會支持我做硬件研發，這就徹底斷了我在美國擔任空間天文項目負責人的希望。
圖2 在美國阿拉巴馬大學Huntsville校區本人的實驗室給團組成員介紹天文學和天體物理發展趨勢
我記得有一次接到師兄謝濤玲的電話，他那時候在一個大IT 公司已經做到了VP(副總裁)的職位，他說，雙南，我突然覺得很可怕，我覺得我現在看到了我的后半生。我回應說，我也有這個感覺，大概就要在這個大學教授的位置上一直這樣下去了，我的科研工作就只剩下申請基金和寫文章了。很快，謝濤玲從美國辭職回國創業，一直做的很熱鬧。我當然也開始想能否讓我的后半生不要就這么混下去。
在這種情況下我接到了李老師關于回國工作的邀請，沒有任何猶豫就答應了。在李老師和清華校方談妥了我回國的基本安排之后，我隨后就回國和校方談定了具體的安排，然后在美國那邊辭去了教職，改為研究職位，計劃用三年時間把那邊的事情徹底結束，包括研究生畢業、實驗室交接以及團隊成員的安置，我也把NASA的研究經費除了用于研究生和研究助理的工資之外全部退回，避免以后出現麻煩。2001 年底-2002 年初，我就全職回國在清華大學物理系擔任特聘教授，并且開始恢復和高能所正式的工作聯系。
四、粒子天體物理
回國到清華之后，除了教學和研究生培養之外，我的主要精力就是協助李老師推進HXMT項目的預研和立項工作，并且擔任了973 項目的首席助理。由于HXMT項目主要是高能所和清華大學聯合承擔，我就開始在清華和高能所之間來回地跑。為了加強雙方的合作與交流，我發起了“清華大學天體物理中心-高能所聯合研究生年度學術研討會”，由高能所和清華輪流承辦，這個會議也是我每年必須參加的最重要學術活動(圖3)。2002 年，依托高能所的“宇宙線與高能天體物理”院重點實驗室(當時稱為開放實驗室)的主任馬宇蒨老師邀請我接替她擔任該實驗室主任，在李老師和清華大學同意之后，我接受了這個邀請。之前高能所進行了一次比較大的調整，把原三室(宇宙線與高能天體物理研究室)調整為“非加速器物理中心”，并且把所里相關的研究方向調整到了這個中心。我借著擔任實驗室主任的機會，向所里建議把中心和實驗室的名稱都改為“粒子天體物理”，這個建議得到了所里和院里的批準，中心和實驗室于2003 年分別更名為“粒子天體物理中心”和“粒子天體物理重點實驗室”。我在高能所有了一個辦公室，并且開始實質性地介入了高能所的工作，這時候我的感覺就是，我終于回到了家!
圖3 清華大學天體物理中心-高能所聯合研究生年度學術研討會
隨后我的科研工作的重點就逐步轉到了高能所，牽頭申請了前一期973 項目的后續973 項目、載人航天的POLAR 項目、和國家天文臺等單位一起推動了中法合作SVOM 衛星項目的立項等等。2009 年，我全職從清華調入高能所，隨后當年8 月所中層干部換屆的時候，被所里任命為粒子天體物理中心主任，同時繼續擔任粒子天體物理重點實驗室主任。我對當時所領導表達的愿望，是在這一任期滿之后，同時辭去中心和實驗室主任，全力從事我們的多個空間項目的研制以及發射運行之后的科學研究工作。然而，所領導換屆之后并沒有滿足我的愿望，我只能按照所里的要求繼續擔任這兩個主任至今。
值得欣喜的是，在我回到高能所之后，國內的科研條件發生了巨大的變化，高能所的發展欣欣向榮。在這樣的形勢下，在所領導的重視、中心和實驗室前任主任馬宇蒨老師、姜魯華老師等的指導和中心/實驗室職工的共同努力下，中心和實驗室也得到了飛速的發展，研究經費和成果逐年上升，過去連續兩次的院重評估都成功入選了“A”類實驗室，最近的一次(2018-2019)評估更是在數理領域排名第二、天文領域排名第一。
展望未來，我們的實驗室很快就會入選“全國重點實驗室”，將從“中國科學院粒子天體物理重點實驗室”變成“粒子天體物理全國重點實驗室”，這也是我們一開始就設立的目標，但是由于科技部很多年來都基本上停止了國重申報，遲遲到今天我們才有了機會，并且在最近的“國重重組”中脫穎而出。20 年彈指一揮間，我們的目標現在終于就要實現了，這也意味著我終于可以交班了!我還記得，我剛回所的時候，中心的職工大約75 人，現在總人數增加了100 多人，這得益于我們主導的多個重大項目的啟動和建設，包括我深度參加的多個空間高能項目硬X射線調制望遠鏡(慧眼)和伽馬暴偏振探測儀(POLAR)等。我們提出并領導的兩個旗艦級空間高能天文項目增強型X射線時變與偏振空間天文臺(eXTP)和中國空間站高能宇宙輻射探測設施(HERD)也有望近期立項，更多非常有趣的未來空間項目也都在逐步推進當中。我們的前景是光明的，形勢一片大好而且越來越好!
我在高能所實現并超越了我在美國可望而不可及的愿望!我開始在NASA 工作的時候也給自己定了一個學術研究的目標，退休之前發表300 篇論文，獲得一萬次引用，這些我也早就超過了。高能所是我的起點也是我的終點，既是我的家也是我的事業。感謝高能所給我了這一切!在祝賀高能所建所50 周年的同時，我也衷心祝愿高能所以及高能所的粒子天體物理取得更多更大的成果，在不久的將來進入國際領先的行列!
