2023年4月22日晚，由北京现代物理研究中心、北京大学物理学院、北京物理学会主办的“北京大学物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第十期）在北京大学物理西楼301思源多功能厅举行。中国科学技术大学教授、中国物理学会副理事长赵政国院士应邀作了题为“微观世界与尖端技术”的报告。本期讲堂由北京大学物理学院院长、北京现代物理研究中心副主任高原宁院士主持。

物质世界最基本的组分是什么？它们之间是如何相互作用的？为什么会产生这样的相互作用？面对纷繁芜杂的自然界，这一系列最基本的问题正是粒子物理学的研究对象和研究内容。从古希腊时期的原子论，到二十世纪的量子力学，直到基于量子场论的粒子物理标准模型，随着理论和实验手段日臻丰富，物理学家逐步建立起一套对微观世界的完整、成熟的描述，将对物质结构的研究尺度推进至10^-18米，不断地拓展人类认识自然的边界，促进人类知识体系的完善。汤川秀树（Yukawa Hideki）、盖尔曼（M. Gell-Mann）、格拉肖（S. Glashow）、萨拉姆（A. Salam）、温伯格（S. Weinberg）、恩格勒（F. Englert）、希格斯（P. Higgs）等数十位诺贝尔物理学奖获得者的研究工作皆与标准模型密切相关。

赵政国阐述当前粒子物理学研究前沿的关键科学问题

根据标准模型，组成物质的基本粒子是夸克和轻子。夸克有六种：上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）、顶夸克（t），它们参与电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。原子核中的质子、中子就是由夸克组成的。轻子有六种，其中：电子（e）、缪子（μ）、陶子（τ）是带电轻子，参与电磁相互作用和弱相互作用；它们各自对应的中微子只参与弱相互作用。物质之间的相互作用是通过规范玻色子传递的：电磁相互作用通过光子传递；弱相互作用通过W、Z玻色子传递；强相互作用则是通过胶子传递的。

作为自然界基本粒子中唯一的标量玻色子，希格斯粒子的自旋为零，宇称为正。标准模型的希格斯机制不仅赋予W、Z玻色子质量，也决定了希格斯玻色子与标准模型中其他基本粒子之间的相互作用。然而，由于希格斯玻色子的实验现象极其稀有，在实验上探测到它的信号是极其复杂和极具挑战性的：一是需要将参与反应的粒子加速到足够高的能量；二是需要大统计量的重复实验，才有可能从中“捞”出转瞬即逝的信号踪迹；三是需要先进的探测技术和数据分析方法，才能最终给出可靠的物理结论及不确定度分析。2012年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）宣布，大型强子对撞机（LHC）上的超环面仪器实验（ATLAS）和紧凑型缪子线圈实验（CMS）共同发现了希格斯粒子——这无疑是人类认识自然界的里程碑，新闻发布会现场洋溢的笑容、激动的欢呼和热烈的掌声被久久定格；人类对微观世界的探究从此迈进了“后希格斯时代”。

赵政国描绘“后希格斯时代”粒子物理学研究的科学目标和发展图景

然而，标准模型并非粒子物理学的终极理论，迄今仍有一系列关键科学问题（如暗物质、暗能量、宇宙起源、正反物质不对称性等）未得到解释，这就需要物理学家在大科学时代的大科学装置上开展高能量、高亮度、高精度的前沿物理研究。从上世纪八十年代立项建造中国第一台大科学装置——北京正负电子对撞机（BEPC）和北京谱仪（BES），到本世纪初启动建设大亚湾反应堆中微子实验，再到最近十年率先提出环形正负电子对撞机-超级质子对撞机（CEPC/SPPC）计划，布局规划超级陶粲工厂（STCF）、中国极化电子离子对撞机（EicC），中国高能物理事业有望在希格斯物理的第二个、第三个十年引领“两暗一黑三起源”（“两暗”即暗物质和暗能量，“一黑”即黑洞，“三起源”即宇宙起源、天体起源和生命起源）的新发现。在大科学装置前沿研究和建造过程中，随之衍生的尖端技术必将带动我国深海、深空、深地等战略高技术领域的新跨越，智能制造等高端产业的新突破和医疗装备等民生科技领域的新进展；同时将吸引、集聚世界顶尖科学家，培养具有战略科学家潜质的高层次复合人才，锻炼具有突出技术攻坚能力、善于解决复杂系统问题的卓越工程师队伍。

人类社会现代化进程表明，产业革命、技术革命从根本上来源于科学革命。以牛顿力学建立为标志的第一次科学革命，以相对论、量子力学诞生为标志的第二次科学革命，都离不开哲学思想的支撑和催化作用。正是科学与哲学的相互激荡使得人类一次次地突破和超越自我，坚持真理，坚守理想，造就文明辉煌。

在报告的最后，赵政国向台下认真聆听的“物理卓越计划”2022级本科生和“物理卓越营”2023年学员分享了李政道先生创作的一首蕴含哲理的小诗：

勉励同学们面向全球、面向未来，充分发挥“物理人无处不在、无所不能”的潜质，在“寻找宇宙中极大和极小间的关联，探索自然界最基本和最深刻的规律”的全球科技创新网络最前沿贡献“中国节点”的格局、智慧和能量。

师生对粒子物理及高能加速器的未来充满期待

赵政国（左）、高原宁的现场感言饱含着对同学们的殷切期望

北京大学物理学院杨振伟教授、马文君教授、杨晓菲助理教授、周辰助理教授、安刘攀助理教授及核物理与核技术国家重点实验室部分博士研究生现场出席。