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核物理守望者 何梁何利基金颁奖大会现场 2022年11月4日，2022年度何梁何利基金颁奖大会在京实行。北京高校物理学院叶沿林教授喜获2022年度“何梁何利基金科学与技术进步奖”。从11018年进入北京高校物理系学习起先，叶沿林在核物理探讨的道路上攀行了30多年。30年中，他经验了“出国潮”“下海潮”以及国家实施“科教兴国”战略后的发展，许多人来了又去，而他选择坚守在核物理学科，特殊在“科教兴国”战略实施之后，带领队伍一步步走向国际发展前列，并促进了中国核物理科研事业的成长与发展。 白手起家挑起国际任务 11015年，党中心、国务院提出“科教兴国”战略，逐步扭转了改革开放以来，科教工作与科教工作者长期不被重视的局面，祖国的科教事业也迎来了快速发展。正是从这时起先，我国的核物理事业有了起色，叶沿林是见证这一过程的人，而他参加的第一个重要任务就是，带领北大探讨组，成为大型物理试验装置“紧凑型缪子螺线管”的合作组成员，担当国际合作任务。 上世纪60年头，粒子物理标准模型被提出，在科学发展史上具有里程碑的意义。到11013年，在欧洲核子探讨中心的超级质子同步加速器上发觉了标准模型预言的W和Z0玻色子，使得电弱统一的规范场理论得到验证，大大提升了人们对标准模型的认可度。但标准模型中还有个最为核心的问题，就是质量的来源问题。满意规范对称性的体系，要求各种基本粒子的质量为零。须要通过与一种理论预言的希格斯场发生作用，同时对称性自发破缺，才能使现实物理世界里各种粒子获得质量。明显，Higgs机制在这里具有确定性的作用，而能否在试验上找寻到Higgs玻色子，也成为标准模型能否成立的关键。 上世纪90年头中后期，日内瓦的欧洲核子中心以发觉Higgs粒子为首要目标，起先全力建立大型强子对撞机，其中一个大型的物理试验装置是“紧凑型缪子螺线管”。11016年，北大组得到批准正式成为CMS合作组成员，并提出担当前向阻性版探测器的研制、批量制作和安装测试。RPC用于关键的缪子触发，后来在2022年发觉Higgs粒子的主要5种探测路途中，有4种路途依靠缪子和电子的探测。FW-RPC用在小角度，须要承受极高的计数率并解除大量的本底，大面积探测的时间辨别率也要低于1个纳秒。根据CMS季刊11016年1期上“发言人的信”的表述，缪子探测是CMS的“两面旗帜”之一，而“FW-RPC的设计、投资和建设在CMS始终具有很高的优先度”。 以当时北大组的基础和实力，要担当FW-RPC的任务风险比较大。CMS方面起先很不放心，多次现场考察。叶沿林回忆：“当时想拿下这个任务，着实费了不少精力。CMS的人来考察，看到我们这里设备不足，人员不够，心里难免打鼓。”果真，CMS方面写信说：“由于要建立的这种探测器可能特别精致并且所需技术尚未成熟，北京高校组担当这项任务不大现实。” 当时，叶沿林认为，尽管项目组设备基础较差，但技术实力并不弱，在学校的强有力支持下，他还是带领探讨组主动申请担当FW-RPC任务。随后，他们参与LHC试验装置建设又得到了国家自然科学基金委和科技部、中科院的大力支持，最终签署了投资支持CMS和ATLAS试验合作的协议。于是，叶沿林探讨组担当起我国首次正式投资参与国际高能物理大科学合作的任务。 从11019年起担当首批重大项目，到2022年初结题，北大组和中科院高能所探讨组一起，历时8年，精彩地完成了任务，最终的成果也得到了CMS的充分认可，北大组完成的FW-RPC在2022年LHC发觉Higgs玻色子的试验中发挥了重要作用。在此期间，叶沿林始终担当北大项目组的负责人，任务就是要做出CMS的部分FW-RPC。回忆这几乎算是白手起家奋斗的8年，叶沿林说：“或许这算不上是多大的创建性工作，但能够拿到这个项目，经验一些我们没有经验过的攻关过程，最终拿出在国际最先进装置上发挥重要作用的成果，这就是一种成长”。 2022年叶沿林及团队在日本RIKEN-RIPS试验室开展滴线核8He试验 在“1013”课题中蜕变 叶沿林曾说，北大核物理学科在近十几年得到了长足的发展，这源于三轮“1013”课题的持续探讨带来的团队实力提升。自2000年担当“1013”课题之后，叶沿林负责的北大核物理试验组，便长期坚持衰变延迟粒子放射和干脆核反应两条试验路途，在国内外大装置上持续开展有特色的试验探讨。 据叶沿林介绍，近20多年来，人们进入到不稳定核的广袤未知区域，发觉了一系列新现象，如晕结构、矮巨共振、新幻数、壳演化、集团和分子结构等。探讨这些现象和规律的学问，称为不稳定核物理，或放射性核束物理。由于涉及一系列基础性重大科学问题和潜在的应用前景，世界上全部科技大国均部署了新一代RIB大科学装置的建设，投入竞争。核物理基础探讨的大科学性质，确定了高校中的试验组必需能够走出去，在世界范围利用各种大装置开展适合自己目标的探讨。 北大课题组用7年时间研制和升级了北大中子球装置，这是国际上三台高水平的同类装置之一，在国内开拓了衰变延迟中子放射的探讨方向，并取得了一批有重要国际影响的物理成果，成为我国高校在核物理大科学装置上建立试验终端的典范。近几年，他们又胜利研制了前向多中子关联谱仪和高位置辨别带电粒子望远镜阵列等，并在兰州重离子加速器装置上运用，特殊是开展了中子滴线旁边轻原子核集团结构探讨。 如今，叶沿林团队已经在进行第三个“1013”课题的探讨，这也是不稳定核探讨的第三轮“1013”探讨。经过十几年来的积累和攻关，我国的不稳定核物理探讨取得长足进步，已经进入国际上主流竞争的行列，将来几年面临难得的发展机遇和前景。在冲击世界前沿的“国家队”中，叶沿林带领的北大核物理探讨团队无疑是其中的重要一支。 近年来，团队发展了独特的零度测量技术，针对典型的丰中子核12Be开展了系统的测量和探讨，同时测定了转动惯量、集团衰变分支宽度、特征跃迁模式三个物理量，尤其是首次在不稳定核中测定增加的单极跃迁强度，与GTCM模型的理论计算亲密协作，清晰标识了非稳定核12Be中近阈激发态的分子集团结构，澄清了十几年来的争辩，结果发表在国际顶级物理期刊上，引起热情反响。 难得的是，这是一项完全由国内的探讨队伍利用国内核物理大科学装置完成的试验工作。由于核物理试验探测设备几乎全部依靠自主研发，这项开拓性的探讨工作经过了较长时间的积累，目前已经形成了扎实的自主探讨的基础，后续的系列探讨工作正在快速绽开。 到国外一流的试验室开展以中方为主的试验，是对学术探讨和设备研制实力的挑战。2002年，叶沿林团队在日本理化所提出晕核6He的干脆核反应试验。“跟全世界的团队去竞争，一轮一轮地提试验安排、答辩，这种经验很难得。”最终，叶沿林团队胜利夺标，自主实施了这一试验。这也成为首次由中国课题组在国际一流装置上提出、经过激烈竞争获得批准并自主完成的核物理试验。 尽管夺标胜利，但试验难度照旧是摆在团队面前的一道难关。这些大装置上供应的束流价值昂贵，时间节点限制严格，稍有闪失就不行补救，风险很大。而当地试验室的合作伙伴一般是规范地参加，关键问题都得自己现场解决。“当时团队很缺乏阅历，试验中发生了不少突发问题，好在束流时间过半后快速做出了正确推断，刚好变更了靶体四周布局，才使得试验基本胜利。”叶沿林说。 2022年，叶沿林团队再次到日本理化所提出和自主开展丰中子滴线核8He的敲出反应试验，这时，队伍的阅历和实力都已经大大提升，试验取得圆满胜利，特殊是关于7He共振态和8He中集团结构的试验结果在国际上发表后，引起热情反响，提高了团队的国际声誉和地位。 经过两次试验合作，北大组和日本理化所在科研合作、人员交往、人才培育等方面，建立起特别特别和规范的关系，包括北大每年派出探讨生在理化所长期学习工作，建立了高年级本科生实习基地Nishina School等。从设备到技术再到人才，叶沿林团队在每一步前行中都完成了一次蜕变。 见证核物理学科崛起 叶沿林是我国复原高考后的第一届高校生，凭借中学时对物理的宠爱，他报考了北大物理系，并最终以优异成果被这个当时我国物理学科的最高殿堂录用。本科学习结束后，叶沿林获得名额极少的公派留学名额，来到法国格勒洛布尔高校核科学所接着深造。4年后，他获得博士学位，并于11016年至11018年在加拿大TRIUMF国家试验室开展博士后探讨工作。 国外6年，叶沿林在国际顶级国家试验室得到历练与积淀，在科研的组织架构及国际视野上得到很大提升与丰富。11019年，叶沿林回到培育他的北京高校技术物理系就职。在回国一事上，他没有丝毫迟疑，他说：“当时出国就没准备留在国外，回国是很自然而然的事情，想做事还是要回到祖国。” 叶沿林回国时正赶上市场经济的大潮。11013年，叶沿林评教授时，北大正教授的月工资仅有390元。“那时候，年轻的老师走了不少。”在“造原子弹的不如卖茶叶蛋”的世风下，年轻老师不是出国，就是下海，真正坚守在教学与科研一线的人寥寥无几，叶沿林就是其中一个。在极度缺乏人才的那段时间里，叶沿林不得不自己干各种“杂活”，这也让他快速成长起来。11016年，41岁的叶沿林被推上了北大技术物理系主任的位子，而当时的主要任务是“谋生存”，稳定老师队伍。 11015年，党中心、国务院提出“科教兴国”战略;19101年，北京高校一百零一年校庆，确定了建设世界一流高校的目标，教研工作起先走上有序发展的上升通道，叶沿林带领的北大核物理学科也是在此后得到了长足的发展。“在学校的支持下，核物理学科抓住机遇，从国外吸引了一批优秀学者加盟或回来，包括钱思进、孟杰、班勇、许甫荣、冒亚军、郭秋菊等，他们现在都成了学科或方向的带头人。”叶沿林说。 进入21世纪，我国能源需求和发展的格局发生了很大改变。由于环境爱护的要求，具有绿色能源性质的核能的重要性引起社会极大的关注。国家规划我国的核能将有一个长期快速的发展，由此也推动了我国核科学技术的全面振兴。2022年后，全国出现了办核学院的风潮。北大决心发挥自己的优势，在一流高校的框架下完善学科，注意提高质量和水平。 2022年是北大核学科发展的一个重要年份。在核科技行业一批老先生的呼吁下，2022年科技部在发布的指南中列入了核物理与核技术国家重点试验室的条目。叶沿林在当年接任“重离子物理教化部重点试验室”主任，立刻就面临竞争国家重点试验室的难得机遇。根据国家重点试验室的要求，北大将原有的核科技队伍进行重组，以“放射性核束物理”“强子物理”“先进粒子加速器技术”“核技术应用”四个方向的构架，申报国家重点试验室。经过多轮评审答辩，在三个候选试验室中胜出。 2022年4月，科技部正式下达的通知中列入了依托北大的核物理与核技术国家重点试验室筹建安排。随后科技部组织了建设安排评审和现场考察等。经过两年的建设，2022年试验室正式通过建设期验收，成为正式的国家重点试验室，叶沿林受聘担当第一任试验室主任。 随后，北大还建立了“核科学与技术探讨院”，由叶沿林担当常务副院长。核研院的核心任务是与中国原子能科学探讨院共同推动提出和建设大科学装置“北京ISOL”，目前已经完成初步概念设计，经过了两次国际顾问委员会评审，在国际上反响热情。“该装置将为将来基础前沿热点的丰中子不稳定核探讨以及涉及国家重大需求的核能系统材料探讨供应支撑，预料在十三五期间正式向国家提出建议。”叶沿林说。 “这十几年来，核物理学科的进步是巨大的。”叶沿林介绍，核物理既是基础科学，又是跟能源、国防、医疗亲密相关的科学，是介于基础和好用两者之间的跨界学科。在国际合作上，各国既开放沟通，又相互提防。“以前我们在技术上有什么困难，国外合作方都很情愿帮助我们。现在我国的核物理实力得到极大提升，在国际合作上，外方也不再无条件供应帮助，而是要相互帮助，实现平衡。最核心的技术都须要我们自己来做。”与国外合作方的对等关系，也恰恰验证了我国核物理科学的崛起，而叶沿林正是其中一位重要的见证者与参加者。 护航年轻一代 人才培育是学科发展的基础，自从回到北大，叶沿林除了科研以外最重要的工作就是培育后继人才。对于学生，他的要求非常严格。探讨生入学第一年除了上课外，还要看大量文献，同时，叶沿林要求学生每年都必需给自己写个规划，理清当年须要完成的工作，他来做点评。他说：“第一年很重要，要养成好的习惯，看文献则能形成视野，这都是我最看重的。”攻读探讨生的其次年、第三年，叶沿林就起先推着学生独立自主地做科研了。学生须要自己提出课题方向，高年级的学生还要带低年级的学生，大家相互学习，形成团队，老师从更高的层面和视角指导帮助。 “在这个全球化、信息化的时代，终身学习已经不知不觉成了新常态，人人都是学生，每天都在学习，你们每个人的手上都时刻掌控着学问和信息的宝库。”在2022年北大物理学院毕业典礼上，叶沿林作为老师代表这样向毕业的同学们讲到。对于人才的渴望，是叶沿林作为一名老师深化骨髓的基因。在演讲中，他向同学们发问：“大家学了几年物理教科书，上边有很多让我们顶礼膜拜的定律、公式、方程、模型、试验方法等等，是人类才智的宏大创建，往往以人命名;几十年后，是不是该有中国人的名字接连填充上去呢？” 2022年核物理试验大组师生合影 叶沿林说，厚实的创新沃土，实实在在须要成千上万优秀的人才去一层又一层地填充。这就犹如无论是学生的培育，还是团队的建设都须要过程一样。“一起先我刚带学生时，试验室来了大量新设备，连我都要从头学起，带着学生一起做。”叶沿林说，完成试验室的建设是一个循环，高年级带低年级又是一个循环，一个试验室的自循环一般须要四五年才能完成一轮。 如今，一届又一届的学生入学、毕业，人才源源不断地被培育出来，不断为学科领域的探讨注入新的血液，这种景象与叶沿林刚刚出任物理系主任时的情景形成了显明对比。这让叶沿林很欣慰，中国的核物理科学发展正迎来一个最好的时代，而他情愿为年轻的一代接着护航。 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页