發(fā)布時(shí)間：2023年3月23日
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一個(gè)通宵，黃燕萍都排在長隊(duì)里。
2012年7月4日，日內(nèi)瓦迎來清晨的第一縷曙光。此時(shí)的歐洲核子中心（CERN）主禮堂外排著蜿蜒的長隊(duì)。等候在此的，是各國物理學(xué)家。
大門一開，他們克制著內(nèi)心的沖動(dòng)，以最安靜、文明、有序的方式“搶占”座位。
作為國際合作組里資歷尚淺的成員，黃燕萍沒想過要占一個(gè)更靠前的位置，進(jìn)門看見后排有座位，便坐了下來。
上午9點(diǎn)，這里向全世界發(fā)出了一條重磅消息：大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的ATLAS（超導(dǎo)環(huán)場(chǎng)探測(cè)器）和CMS（緊湊繆子線圈）實(shí)驗(yàn)組，發(fā)現(xiàn)了被譽(yù)為“上帝粒子”的希格斯粒子。
那一刻，在無形的粒子物理學(xué)術(shù)世界里，另一道大門也打開了，競爭同樣安靜、文明、扣人心弦。
不同的是，中國物理學(xué)家在嘗試尋找一個(gè)更靠前的座位。
榮耀
再談起十年前的經(jīng)歷，黃燕萍依然很開心。當(dāng)初，CERN禮堂里的榮耀，有一份屬于她。
2012年5月，黃燕萍從中科院高能物理研究所（以下簡稱高能所）博士后出站，去了威斯康星大學(xué)做博士后，并加入該校在CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的國際合作組。
LHC是躺在一條27公里環(huán)形隧道里的對(duì)撞機(jī)。黃燕萍參加的是基于LHC四大探測(cè)器之一的ATLAS實(shí)驗(yàn)。ATLAS在英文里有“地圖冊(cè)”之意。
這個(gè)探測(cè)器能測(cè)出對(duì)撞出的各種粒子的能量、壽命、電荷等諸多參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)，粒子物理學(xué)家就能判斷撞出的是哪些粒子。正因如此，它成為了尋找新粒子的“向?qū)А焙汀暗貓D”。
粒子物理領(lǐng)域還有一張更大的“地圖”——粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。模型中有61種基本粒子。其中，60種基本粒子逐一被驗(yàn)證，只剩下一種毫無蹤跡——為粒子提供質(zhì)量的希格斯粒子。
黃燕萍怎么也沒想到，她在ATLAS實(shí)驗(yàn)組只工作了兩個(gè)月，就成為了最早“看到”希格斯粒子跡象的“幸運(yùn)者”之一。
和很多粒子物理學(xué)家一樣，這件事讓黃燕萍獲得了繼續(xù)研究希格斯粒子的信心。此后，她輾轉(zhuǎn)于威斯康星大學(xué)、CERN、德國電子同步加速器研究所，并最終在2016年回到高能所。如今，成為特聘青年研究員的她帶領(lǐng)高能所ATLAS團(tuán)隊(duì)完成了希格斯粒子性質(zhì)的最新聯(lián)合測(cè)量。
暗潮
高能所研究員陳明水參與的是CMS實(shí)驗(yàn)。
相比ATLAS，CMS小很多，它通過更強(qiáng)磁場(chǎng)的線圈，可以更好地測(cè)量質(zhì)子撞擊后所產(chǎn)生的繆子。
2006年，還是博士研究生的陳明水和幾位同學(xué)第一次來到CMS實(shí)驗(yàn)組，為的是把高能所研制的繆子探測(cè)器組裝起來并完成調(diào)試。
在希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)前十年，高能所就在中科院院士陳和生等團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的領(lǐng)導(dǎo)下，在探測(cè)器建造、升級(jí)及網(wǎng)格計(jì)算方面作出了實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)。
對(duì)于陳明水來說，2012年開啟了一場(chǎng)粒子物理的盛宴。2012年3月8日，我國大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式，打開了中微子物理發(fā)展的大門；幾個(gè)月后，LHC研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，又打開了希格斯粒子研究的大門。
盛宴開啟后，陳明水能明顯感到，粒子物理學(xué)界暗潮涌動(dòng)，大家都在考慮下一步該怎么走。
陳明水的人生也跟著潮流一起涌動(dòng)。他所在的高能所將ATLAS和CMS研究的長期核心科學(xué)目標(biāo)凝練為希格斯粒子自相互作用研究。他自己也成長為高能所CMS組負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得了希格斯自耦合相關(guān)的最新聯(lián)合分析結(jié)果。
心結(jié)
除了發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的兩個(gè)主要探測(cè)器之外，LHC的其他探測(cè)器研究組中也有不少來自中國各大院所和高校的粒子物理學(xué)家。
多年來，作為北京大學(xué)物理學(xué)院院長，中科院院士高原寧一直帶領(lǐng)著中國團(tuán)隊(duì)參與LHC上另一個(gè)探測(cè)器的工作——底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）。
十年，他見證了中國團(tuán)隊(duì)在LHC國際合作組里的整體發(fā)展。“到2021年，LHC中國組成員已超過500名�！备咴瓕幐嬖V《中國科學(xué)報(bào)》。
這樣的發(fā)展讓高原寧既高興又擔(dān)憂。高興的是LHC中國組正在產(chǎn)生越來越多好的成果，擔(dān)憂的是國際同行的目光。中國組的團(tuán)隊(duì)在擴(kuò)大，成果在增加，但對(duì)LHC的實(shí)物貢獻(xiàn)卻沒有太大變化。
從希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)至今，LHC進(jìn)行了升級(jí)改造和第二輪運(yùn)行取數(shù)，剛剛開始了第三輪運(yùn)行。這十年，中國組不是沒有實(shí)物貢獻(xiàn)，比方說，高能所帶領(lǐng)的中國團(tuán)隊(duì)為LHC加速器升級(jí)項(xiàng)目成功研制了新型對(duì)撞區(qū)超導(dǎo)磁體，并主導(dǎo)了新型高顆粒度高時(shí)間分辨探測(cè)器項(xiàng)目的研制。但是，這些貢獻(xiàn)與LHC的總投入相比只占1%。
1%，幾乎成了參與LHC的中國科學(xué)家的心結(jié)。
“十年前是1%，十年后還是1%。在國際同行看來，我們就是想‘摘桃子’，他們建好裝置，我們直接用它做物理分析、發(fā)表成果。”陳明水說。
不僅如此，沒有投入，中國科學(xué)家也很難在一個(gè)龐大的國際合作體系中擁有話語權(quán)�！拔覀�?cè)谔綔y(cè)器研制上的投入還很散，不是很有影響力。”高原寧坦言。
另一條路
除了參與國際合作外，十年來，中國粒子物理學(xué)家還在嘗試走另一條路——“以我為主”開展希格斯粒子研究的國際合作。
希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)，雖然打開了一道無形的大門，卻沒有解決所有困惑。新的疑問和好奇讓全球粒子物理學(xué)家產(chǎn)生了一個(gè)共同的夢(mèng)想：建一座能生產(chǎn)希格斯粒子的“工廠”，深入研究希格斯粒子的性質(zhì)。
在提出“希格斯工廠”建設(shè)思路方面，中國粒子物理學(xué)家們走在國際前列。
2012年9月，以高能所所長、中科院院士王貽芳為代表的中國粒子物理學(xué)家，正式提出CEPC-SPPC設(shè)想，計(jì)劃在中國建設(shè)一個(gè)周長100公里的、位于地下100多米處的環(huán)形對(duì)撞機(jī)“希格斯工廠”。
CEPC-SPPC的提出，曾改變?cè)S多中國粒子物理學(xué)家的人生。高能所研究員高杰就是其中之一。
高杰曾是法國國家科研中心直線加速器研究所終身研究員，自1992年起，他的研究工作一直聚焦在以發(fā)現(xiàn)和研究希格斯粒子為目標(biāo)的未來正負(fù)直線對(duì)撞機(jī)設(shè)計(jì)和各種環(huán)形對(duì)撞機(jī)加速器關(guān)鍵物理問題探究上。2005年，高杰加入高能所。
在希格斯粒子宣布被發(fā)現(xiàn)之前，物理學(xué)家們推測(cè)，希格斯粒子可能具有很高的能量，因此，大家更傾向于關(guān)注能產(chǎn)生更高對(duì)撞能量的正負(fù)電子直線對(duì)撞機(jī)。2010年，高杰成為了亞洲國際直線對(duì)撞機(jī)（ILC）指導(dǎo)委員會(huì)主席，ILC的目標(biāo)也是尋找和研究希格斯粒子。
可是，在物理學(xué)家確認(rèn)希格斯粒子能量并沒有預(yù)期的那么高之后，環(huán)形對(duì)撞機(jī)的優(yōu)勢(shì)也顯現(xiàn)出來。CEPC-SPPC設(shè)想的提出，讓高杰幾乎將全部精力轉(zhuǎn)向了環(huán)形對(duì)撞機(jī)的研究。
坐席
2016年，CEPC-SPPC因?yàn)橹Z獎(jiǎng)得主楊振寧等人的反對(duì)而引發(fā)社會(huì)關(guān)注。
就在國內(nèi)科學(xué)與社會(huì)領(lǐng)域?qū)Α爸袊摬辉摻ǔ?jí)對(duì)撞機(jī)”爭執(zhí)不下時(shí)，2020年，CERN理事會(huì)通過《歐洲粒子物理2020戰(zhàn)略》，提出了與CEPC-SPPC類似的計(jì)劃，即基于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的“希格斯工廠”是“優(yōu)先級(jí)最高的未來對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目”，并期望建設(shè)能量盡可能高的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)。
此時(shí)，國際有3個(gè)處于競爭狀態(tài)的“希格斯工廠”計(jì)劃——中國的CEPC-SPPC、日本積極爭取建設(shè)的ILC，以及CERN規(guī)劃的未來環(huán)形對(duì)撞機(jī)（FCCee）。
如今，高杰已是CEPC機(jī)構(gòu)委員會(huì)副主席、CEPC環(huán)形加速器的負(fù)責(zé)人之一。他用“白熱化”和“爭先恐后”來形容十年來“希格斯工廠”、希格斯粒子研究的國際競爭態(tài)勢(shì)。
他告訴《中國科學(xué)報(bào)》，2018年，CEPC完成了“概念設(shè)計(jì)報(bào)告”，目前已取得重要關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研成果和技術(shù)瓶頸的突破，今年底將完成“技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告”，隨后進(jìn)入“工程設(shè)計(jì)報(bào)告”階段，為開工建設(shè)做準(zhǔn)備。
作為CEPC的倡導(dǎo)者，王貽芳曾公開說：“中國的粒子物理如果做了CEPC，我就盡到我的責(zé)任了，這是從規(guī)劃的角度來說。我可能看不到它的重大科學(xué)成果，也沒機(jī)會(huì)在它上面做研究了。”
在爭議聲中，明知自己可能沒有機(jī)會(huì)在CEPC上做研究，他們還是堅(jiān)持推動(dòng)CEPC。他們心里憋著一股勁：下一次學(xué)術(shù)殿堂的大門打開時(shí)，中國要在更靠前的位置上，占據(jù)一席之地。
（原載于《中國科學(xué)報(bào)》 2022-07-25 第3版 綜合）