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文 ｜ 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 倪思潔 整個(gè)通宵，黃燕萍都排在長(zhǎng)隊(duì)里。2012年7月4日，日內(nèi)瓦迎來(lái)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(zhǎng)隊(duì)。等候在此的，是來(lái)自各國(guó)的物理學(xué)家。大門一開(kāi)，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”著座位。作為國(guó)際合作組里資歷尚淺的成員，黃燕萍沒(méi)想過(guò)要占一個(gè)更靠前的位置，進(jìn)門看見(jiàn)后排有座位，便坐了下來(lái)。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(wú)形的粒子物理學(xué)術(shù)世界里，另一道大門也打開(kāi)了，競(jìng)爭(zhēng)同樣安靜、文明、扣人心弦。不同的是，中國(guó)物理學(xué)家在嘗試尋找一個(gè)更靠前的座位。再談起十年前的經(jīng)歷，黃燕萍依然很開(kāi)心。當(dāng)初，CERN禮堂里的榮耀，有一份屬于她。2012年5月，黃燕萍從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱高能所）博士后出站，又去了威斯康辛大學(xué)做博士后，并加入威斯康辛大學(xué)在CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的國(guó)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。也正因如此，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(wú)蹤跡——為粒子提供質(zhì)量的希格斯粒子。黃燕萍怎么也沒(méi)想到，她在ATLAS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)于威斯康辛大學(xué)、CERN、德國(guó)電子同步加速器研究所，并最終在2016年回到中科院高能所。如今，成為特聘青年研究員的她帶領(lǐng)著高能所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。
黃燕萍在德國(guó)電子同步加速器研究所工作期間的留影 受訪者供圖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(guò)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)一起，第一次來(lái)到CMS，為的是把高能所為CMS研制的繆子探測(cè)器組裝起來(lái)，并完成調(diào)試。在希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)前十年，高能所就在中國(guó)科學(xué)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)算方面做實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)。對(duì)于陳明水來(lái)說(shuō)，2012年就像一場(chǎng)粒子物理的盛宴。2012年3月8日，我國(guó)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，開(kāi)啟了中微子物理發(fā)展的大門；幾個(gè)月后，LHC發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，又開(kāi)啟了希格斯粒子研究的大門。盛宴開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)為高能所CMS組負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)著高能所CMS組，完成了希格斯自耦合相關(guān)的最新聯(lián)合分析結(jié)果。
2006年，陳明水（前排左一）參與高能所負(fù)責(zé)研制的陰極條室繆子探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)安裝照片 受訪者供圖除了發(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)器上也有不少來(lái)自中國(guó)各大院所高校的粒子物理學(xué)家。多年來(lái)，作為北京大學(xué)物理學(xué)院院長(zhǎng)，高原寧院士一直帶領(lǐng)著中國(guó)團(tuán)隊(duì)參與LHC上另一個(gè)探測(cè)器——底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）。十年，他見(jiàn)證了中國(guó)團(tuán)隊(duì)在LHC國(guó)際合作組里的整體發(fā)展。“到2021年，LHC中國(guó)組成員已超過(guò)500名?！备咴瓕幐嬖V《中國(guó)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(guó)組正在產(chǎn)生越來(lái)越多好的成果，擔(dān)憂的是國(guó)際同行的目光。中國(guó)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(méi)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(kāi)始了第三輪運(yùn)行。這十年，中國(guó)組不是沒(méi)有實(shí)物貢獻(xiàn)，比方說(shuō)，高能所帶領(lǐng)的中國(guó)團(tuán)隊(duì)為L(zhǎng)HC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，依然只占到1%。1%，幾乎成了參與LHC的中國(guó)科學(xué)家的心結(jié)。“十年前是1%，十年后還是1%。在國(guó)際同行看來(lái)，我們就像是想'摘桃子’，他們建好裝置，我們直接進(jìn)去就做物理分析、發(fā)表成果?！标惷魉f(shuō)。不僅如此，沒(méi)有投入，中國(guó)科學(xué)家也很難在一個(gè)龐大的國(guó)際合作體系中擁有話語(yǔ)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。除了參與國(guó)際合作之外，十年來(lái)，中國(guó)粒子物理學(xué)家還在嘗試走另一條路——“以我為主”開(kāi)展希格斯粒子研究的國(guó)際合作。希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)，雖然打開(kāi)了一道無(wú)形的大門，卻沒(méi)有解決所有困惑。新的疑問(wèn)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(guó)粒子物理學(xué)家們走在國(guó)際前面。2012年9月，以高能所所長(zhǎng)、中科院院士王貽芳為代表的中國(guó)粒子物理學(xué)家，正式提出CEPC-SPPC設(shè)想，計(jì)劃在中國(guó)建設(shè)一臺(tái)周長(zhǎng)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(guó)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(guó)國(guó)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(lái)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(wèn)題上。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(guó)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(méi)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(lái)。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。
高杰的辦公室里常年擺著一張國(guó)際研討會(huì)的海報(bào)，海報(bào)上的“Higgs”（希格斯）一詞十分醒目。 受訪者供圖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(guó)內(nèi)科學(xué)與社會(huì)領(lǐng)域?qū)Α爸袊?guó)該不該建超級(jí)對(duì)撞機(jī)”爭(zhēng)執(zhí)不下時(shí)，2020年，CERN理事會(huì)全票通過(guò)《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(lái)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)。及至此時(shí)，國(guó)際有了三個(gè)處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的“希格斯工廠”計(jì)劃——中國(guó)的CEPC-SPPC、日本積極爭(zhēng)取建設(shè)的ILC，以及CERN規(guī)劃的未來(lái)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(zhēng)先恐后”來(lái)形容十年來(lái)“希格斯工廠”、希格斯粒子研究的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。他告訴《中國(guó)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(kāi)工建設(shè)做準(zhǔn)備。作為CPEC的倡導(dǎo)者，王貽芳曾公開(kāi)說(shuō)：“中國(guó)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(lái)說(shuō)。我可能看不到它的重大科學(xué)成果，也沒(méi)機(jī)會(huì)在它上面做研究了?！?/span>在爭(zhēng)議聲中，明知自己可能沒(méi)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(kāi)時(shí)，中國(guó)要在更靠前的位置上，占據(jù)一席之地。
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