2023年4月22日晚，由北京現代物理研究中心、beat365官方网站、北京物理學會主辦的“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂：名師面對面”（第十期）在beat365物理西樓301思源多功能廳舉行。中國科學技術大學教授、中國物理學會副理事長趙政國院士應邀作了題為“微觀世界與尖端技術”的報告。本期講堂由beat365官方网站院長、北京現代物理研究中心副主任高原甯院士主持。

物質世界最基本的組分是什麼？它們之間是如何相互作用的？為什麼會産生這樣的相互作用？面對紛繁蕪雜的自然界，這一系列最基本的問題正是粒子物理學的研究對象和研究内容。從古希臘時期的原子論，到二十世紀的量子力學，直到基于量子場論的粒子物理标準模型，随着理論和實驗手段日臻豐富，物理學家逐步建立起一套對微觀世界的完整、成熟的描述，将對物質結構的研究尺度推進至10^-18米，不斷地拓展人類認識自然的邊界，促進人類知識體系的完善。湯川秀樹（Yukawa Hideki）、蓋爾曼（M. Gell-Mann）、格拉肖（S. Glashow）、薩拉姆（A. Salam）、溫伯格（S. Weinberg）、恩格勒（F. Englert）、希格斯（P. Higgs）等數十位諾貝爾物理學獎獲得者的研究工作皆與标準模型密切相關。

趙政國闡述當前粒子物理學研究前沿的關鍵科學問題

根據标準模型，組成物質的基本粒子是誇克和輕子。誇克有六種：上誇克（u）、下誇克（d）、奇異誇克（s）、粲誇克（c）、底誇克（b）、頂誇克（t），它們參與電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用。原子核中的質子、中子就是由誇克組成的。輕子有六種，其中：電子（e）、缪子（μ）、陶子（τ）是帶電輕子，參與電磁相互作用和弱相互作用；它們各自對應的中微子隻參與弱相互作用。物質之間的相互作用是通過規範玻色子傳遞的：電磁相互作用通過光子傳遞；弱相互作用通過W、Z玻色子傳遞；強相互作用則是通過膠子傳遞的。

作為自然界基本粒子中唯一的标量玻色子，希格斯粒子的自旋為零，宇稱為正。标準模型的希格斯機制不僅賦予W、Z玻色子質量，也決定了希格斯玻色子與标準模型中其他基本粒子之間的相互作用。然而，由于希格斯玻色子的實驗現象極其稀有，在實驗上探測到它的信号是極其複雜和極具挑戰性的：一是需要将參與反應的粒子加速到足夠高的能量；二是需要大統計量的重複實驗，才有可能從中“撈”出轉瞬即逝的信号蹤迹；三是需要先進的探測技術和數據分析方法，才能最終給出可靠的物理結論及不确定度分析。2012年7月4日，歐洲核子研究中心（CERN）宣布，大型強子對撞機（LHC）上的超環面儀器實驗（ATLAS）和緊湊型缪子線圈實驗（CMS）共同發現了希格斯粒子——這無疑是人類認識自然界的裡程碑，新聞發布會現場洋溢的笑容、激動的歡呼和熱烈的掌聲被久久定格；人類對微觀世界的探究從此邁進了“後希格斯時代”。

趙政國描繪“後希格斯時代”粒子物理學研究的科學目标和發展圖景

然而，标準模型并非粒子物理學的終極理論，迄今仍有一系列關鍵科學問題（如暗物質、暗能量、宇宙起源、正反物質不對稱性等）未得到解釋，這就需要物理學家在大科學時代的大科學裝置上開展高能量、高亮度、高精度的前沿物理研究。從上世紀八十年代立項建造中國第一台大科學裝置——北京正負電子對撞機（BEPC）和北京譜儀（BES），到本世紀初啟動建設大亞灣反應堆中微子實驗，再到最近十年率先提出環形正負電子對撞機-超級質子對撞機（CEPC/SPPC）計劃，布局規劃超級陶粲工廠（STCF）、中國極化電子離子對撞機（EicC），中國高能物理事業有望在希格斯物理的第二個、第三個十年引領“兩暗一黑三起源”（“兩暗”即暗物質和暗能量，“一黑”即黑洞，“三起源”即宇宙起源、天體起源和生命起源）的新發現。在大科學裝置前沿研究和建造過程中，随之衍生的尖端技術必将帶動我國深海、深空、深地等戰略高技術領域的新跨越，智能制造等高端産業的新突破和醫療裝備等民生科技領域的新進展；同時将吸引、集聚世界頂尖科學家，培養具有戰略科學家潛質的高層次複合人才，鍛煉具有突出技術攻堅能力、善于解決複雜系統問題的卓越工程師隊伍。

人類社會現代化進程表明，産業革命、技術革命從根本上來源于科學革命。以牛頓力學建立為标志的第一次科學革命，以相對論、量子力學誕生為标志的第二次科學革命，都離不開哲學思想的支撐和催化作用。正是科學與哲學的相互激蕩使得人類一次次地突破和超越自我，堅持真理，堅守理想，造就文明輝煌。

在報告的最後，趙政國向台下認真聆聽的“物理卓越計劃”2022級本科生和“物理卓越營”2023年學員分享了李政道先生創作的一首蘊含哲理的小詩：

勉勵同學們面向全球、面向未來，充分發揮“物理人無處不在、無所不能”的潛質，在“尋找宇宙中極大和極小間的關聯，探索自然界最基本和最深刻的規律”的全球科技創新網絡最前沿貢獻“中國節點”的格局、智慧和能量。

師生對粒子物理及高能加速器的未來充滿期待

趙政國（左）、高原甯的現場感言飽含着對同學們的殷切期望

beat365官方网站楊振偉教授、馬文君教授、楊曉菲助理教授、周辰助理教授、安劉攀助理教授及核物理與核技術國家重點實驗室部分博士研究生現場出席。