作者:倪思洁 卜叶 来源: 中国科学报 发布时间:2019/4/19 9:26:36
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碰撞、激荡、加速 中科院研究所分类改革纪实

 

2013年7月17日,习近平总书记来到中国科学院考察工作,首先考察了高能物理研究所,随后在中国科学院大学礼堂会议室同中国科学院负责同志和科技人员代表座谈时,习近平指出,党中央对我国科技界寄予厚望,并向中科院提出了“四个率先”的重要指示。

这年夏天,中科院机关大楼的人们,在反复思索和讨论一个问题:中科院怎样才能引领中国科学走到世界前沿。

物质结构,一直被视为可能产生重大科学突破的领域前沿。物质深层次结构及其相互作用,是人类认识世界、认识自己首先要回答的问题,也因此成为目前的四大基本科学问题之一。在探索这一未知的领域上,中国决不能缺席。

很快,高能所接到了一张考卷:怎样建立一个能引领中国科学走向世界的“粒子物理前沿卓越创新中心”?这张考卷并不好答。如今,这张考卷答得如何了?

大亚湾反应堆中微子实验    中科院高能物理所供图

■本报记者 倪思洁 见习记者 卜叶

2019年2月14日下午6点,北京首都国际机场,中国科学院粒子物理前沿卓越创新中心主任、中国科学院院士王贻芳带着一份报告登上了飞往美国华盛顿的航班。

第二天,华盛顿,美国科学促进会年会召开。每年,这个以“推进科学 服务社会”为主题的年会,都能聚集到一群世界上最雄心勃勃的科学家。在这个平台上,他们向世界宣告自己在做些什么大事。

这一次,王贻芳要借着这个平台,介绍中国关于大科学装置国际合作的主张,并特别希望有更多的人参与一项由中国发起、全球参与建设运行的超级对撞机——环形正负电子对撞机(CEPC)。

在场的听众们有些是想看看中国粒子物理到底有怎样的“野心”,有些是想听听中国关于科技全球化及国际合作的主张。但他们大多不知道,CEPC仅仅是中国粒子物理发展规划的一部分。王贻芳和中国粒子物理学家们一起,在中国科学院(以下简称中科院)的支持下,早已勾勒了一张清晰的蓝图。

选 择

上世纪50年代,苏联、美国以及部分欧洲国家开始大力筹建高能加速器。而我国毫无条件可言。“这件事不能再延迟了”,1972年9月周恩来总理对张文裕、朱光亚等18位科学家的建议信作了重要批示,强调高能物理研究和高能加速器的预制研究要成为中科院抓的主要项目之一。1973年2月,中科院高能物理研究所(以下简称高能所)在原子能所一部的基础上成立。

1981年,中国终于“不再犹豫”“准备就绪”,批准建造一台2×2.2十亿电伏(GeV)正负电子对撞机——北京正负电子对撞机(BEPC),中国的高能物理事业正式起步,也结束了我国科学家只能参与别国主导的高能物理实验的历史。

1984年10月7日,在一片锣鼓声中,邓小平同志手持铁锹,为BEPC工程奠基铲下第一锹土,他发出号召:“我们的加速器,必须保证如期甚至提前完成。”

BEPC选择的能区恰恰是陶—粲能区(tau-c)——物理领域的一个“富矿区”,为我国的高能物理研究后来居上提供了机遇和支撑。

虽然由于经济和技术能力的限制,BEPC不是当时最先进的加速器,其能量只有当时国际最高能量、位于欧洲的大型正负电子对撞机(LEP)的1/20,但BEPC不负众望,取得了与投入相匹配的成就,奠定了中国加速器、探测器及相关关键技术的基础,为中国高能物理学界和产业界培养了大批人才,特别是高能物理领域的实验人才。

播种耕耘后,果实迟早会来。2013年6月,依托中国第一台对撞机——北京正负电子对撞机的北京谱仪实验发现了“四夸克物质”Zc(3900),这项发现被《物理》(Physics)杂志列为2013年国际物理领域重要成果之首。

这一成果也令中国高能物理研究在世界舞台绽放光芒,坚定了中国高能物理研究的信心,也为大科学装置的发展积聚了力量。

同时,这些前期工作积累的人才和技术也开始溢出到其他研究方向。2015年11月,硅谷之心、美国加州圣何塞——科学突破奖的颁奖现场,聚光灯打到了王贻芳身上,并跟随着这位中国大亚湾中微子实验团队的带头人走上讲台中央。

王贻芳团队获基础物理学突破奖。这是中国粒子物理第一次站上世界基础物理的领奖台。这一切都与三年前的一项重大发现有关。

时间回到2012年3月8日14时15分,一个让沉寂多年的中国粒子物理学界激动的时刻:大亚湾中微子实验团队宣布发现了新的中微子振荡模式。这次发现,让中国的中微子研究迎来了春天,也让大家明白中国粒子物理完全有能力走到世界前沿。

回过头来看,BEPC是当时能够做的最好选择。

考 卷

2013年7月17日,习近平总书记来到中科院考察工作,首先考察了高能物理研究所,随后在中国科学院大学礼堂会议室同中国科学院负责同志和科技人员代表座谈时,习近平指出,党中央对我国科技界寄予厚望,并向中科院提出了“四个率先”的重要指示。

这个夏天,中科院机关大楼的人们,正在反复思索和讨论一个问题:中科院怎样才能引领中国科学走到世界前沿。

物质结构,一直被视为可能产生重大科学突破的领域前沿。物质深层次结构及其相互作用,是人类认识世界、认识自己首先要回答的问题,也因此成为目前的四大基本科学问题之一。在探索这一未知的领域上,中国决不能缺席。

很快,高能所接到了一张考卷:怎样建立一个能引领中国科学走向世界的“粒子物理前沿卓越创新中心”?这张考卷并不好答。

自从2001年回国后,王贻芳一路从高能所的研究员成长为副所长、所长,对国内粒子物理各研究团队的实力和粒子物理领域的各种问题也十分了解。然而,如何解决这些问题,并没有一个标准答案。

卓越中心怎么体现卓越,国内粒子物理领域有什么、未来还要些什么,哪些前沿的科研问题是需要得到重点聚焦的,怎样的体制机制才能保证卓越中心的凝聚力和创新的持久性……一系列问题有待理清。

于是,王贻芳找到了高能所的研究员娄辛丑、沈肖雁、苑长征、曹俊、杨长根等,又找到了中国科学技术大学的赵政国院士、北京大学高原宁教授、南京大学金山教授、上海交通大学刘江来教授等国内多个高校的粒子物理研究团队领导人,集思广益了一番。

“以往我们总是就一个具体项目讨论,而卓越中心要从长远角度讨论学科发展。”

“什么是卓越,卓越就是要脱颖而出,要想脱颖而出,先要有人才。”

“卓越中心要像磁石,把大家吸引到一起,拧成一股绳,做更长远的大事。”

“卓越中心不能等同于学会,要有项目、有资源、有长远的支持,能在最重要、最关键、最容易取得突破的研究上做事情。”

……

无数次调研、讨论,经过周密筹备,由高能所牵头,联合中国科学院理论物理研究所、中国科学院大学、中国科学技术大学、清华大学等研究所和高校组建的“粒子物理前沿卓越创新中心”于2014年1月22日挂牌成立了。

粒子物理前沿卓越创新中心以研究物质深层次结构及其相互作用为根本目标,聚焦中微子物理、新强子物理和高能量前沿物理三个研究方向,旨在建设国际知名的中微子研究和陶—粲能区物理研究两大基地,力争取得国际领先的重大研究成果。

在组织层面,他们凝练出了40个字:“汇聚人才、培养队伍;选拔英才、吸引外援;整合资源、长远部署;协同攻关、优势互补;立意高远、力争一流。”这些字的背后,对应着一道道细之又细的机制与规则。

使 命

“过去30年,我们以BEPC为起点,取得了进步。未来30年,如何实现中国高能物理从‘追赶’到‘领跑’的转变?”这个核心问题一直萦绕在王贻芳的心头。万千思绪,剪不断理还乱。王贻芳感到,至少应该在部分领域需要发起一批标志性的科学工程,取得一系列重大科学成果。

2012年9月,在由中国高能物理分会主任赵光达院士主持的高能物理战略研讨会上,通过对国际高能量前沿各种可能项目的分析和研讨,建设环形正负电子对撞机并考虑其后续升级为质子对撞机的设想被提了出来。环形正负电子对撞机也被视为北京正负电子对撞机以后的下一代中国高能加速器。

同年11月,国际未来加速器委员会(ICFA)在美国费米国家实验室举办“Higgs Factory 2012”国际研讨会,来自中科院高能所的科学家首次提出在中国建“高能环形正负电子对撞机”的设想,立刻震惊了学术界。

这一想法缘于2012年7月欧洲核子中心(CERN)发现的希格斯粒子。国际高能物理界普遍认为对希格斯粒子的深入研究极为重要和迫切,是探索超出标准模型新物理的最好窗口。这对于基础物理学来说是一个关键,也为我国高能物理发展提供了一个赶超、领先的绝佳机遇。

中国科学家意识到,要抢占先机建造下一代高能加速器,卓越中心是一个非常好的平台,虽然建设过程并不平坦。

最初的那些日子,和王贻芳等人一样,边做“拓荒者”边做科研的苑长征时常要加班处理卓越中心的各种杂事。回忆起那段日子,苑长征感到,虽然忙,但是顺心:“尽管卓越中心的建设不是那么容易,但好在基本没有人心存抱怨和不满。”

之所以如此,主要得益于粒子物理学的“大科学”性质——想有所发展,就必须合作共赢。

21世纪初,随着我国各类人才计划的不断推出,为一大批海外科学家提供了报效祖国的契机。他们中的一些人在回国前就已经是国际合作项目的领导者,回国后,他们也成了国内这一领域最有领导力、最熟悉先进管理理念的人。

正如16年的海外求学和工作经历让王贻芳通晓国际合作和科研管理一样,粒子物理前沿卓越创新中心中微子平台学术带头人曹俊、杨长根、刘江来,新强子平台学术带头人沈肖雁(兼任中心副主任)、苑长征、高原宁(兼任中心副主任),高能量平台学术带头人娄辛丑、金山、赵政国等人,无一不是如此。

当历史把科研创新的重任交给这批人时,他们自然而然地将国外最先进、最开放的科学管理理念引了进来。

参照粒子物理实验国际合作组的管理模式,结合中国粒子物理和科研管理的特征,粒子物理前沿卓越创新中心每年召开一到两次全体大会,通报中心进展;召开两次以上由各平台负责人和各参与单位团队负责人组成的管理委员会会议,以便协商中心事务,制定执行计划。

从制度设计到国际合作,从项目合作到人才引进,五年来,这张答卷越来越充实。而青年人才的快速成长,更是让整个中心保持了旺盛的生命力。

人 才

人才建设是粒子物理前沿卓越创新中心建设的重中之重。正因如此,中心非常注重青年人才的培养工作,并为此开展了一系列制度建设。

为夯实国内人才基础,卓越中心组织了青年骨干评审暨“青年拔尖人才支持计划”和“青年优秀人才”评选,入选的青年拔尖人才可获得持续5年的“卓越津贴”;而入选的青年优秀人才也可以获得补贴,且每年评选一次,评选及补贴费用全部由中心承担。

“粒子物理专业的‘小同行’更了解本专业,评出来的人才也为其他评选、晋升等提供了依据。”高原宁说。

2013年归国的“百人计划”入选者陈明水,又幸运地成为首批“青年拔尖人才支持计划”的资助对象。连续5年的资金支持,让他松了一大口气。

以前,光是参与国际合作项目的科研人员考核,就让陈明水倍感头疼。粒子物理研究往往花费数年时间,发论文上千人署名,考核时很难确定其中某个研究人员的贡献和能力。研究人员不得不花心思在项目之外,从事一些小课题、小项目研究,发符合国内考核“要求”的论文。而现在,他终于可以将全部精力都放在更核心、更前沿的研究上了。

2017年,陈明水获得紧凑缪子线圈实验(CMS)国际合作组青年研究员奖,这是该合作组的一个重要奖项,颁发给对合作组有长期卓越贡献的人,每年仅授予3~5人。

当然,卓越中心的政策并不是从一开始就十全十美。在具体实践中,他们也在不断调整思路、摸索前行。

为把支持落到有需要的人手中,青年拔尖人才支持计划的名额会随着研究人员获得正高职称而重新流回“评选池”中。2016年,高能所温良剑评上正高级职称后,就把此前获得的此项名额归还给中心。“应该把名额给更需要的同事。”温良剑说。

粒子物理前沿卓越创新中心以实际贡献论英雄的举措得到了科研人员的一致好评,在保障后备人才培养力度的基础上激发了各平台团队创新和院外单位加入的积极性,复旦大学黄焕中团队的加入就是一个例证。

截至目前,青年骨干评选已经举办了5届,支持人数达到154名。其中青年拔尖人才30名、青年优秀人才124名,而且支持力度不断增加,为中国粒子物理发展吸引和培养了一批人才。

不仅如此,粒子物理前沿卓越创新中心每年七八月间会开展暑期学校活动,每期选一个重点题目,邀请国内外学术水平高、教学经验丰富的专家学者参加授课与学术交流,促进人才成长。

吸引全世界最优秀的科学家和工程师来华工作,是粒子物理前沿卓越创新中心的另一个努力方向。

怎么留住去国外的博士后,怎么吸引外籍博士后,怎么让优秀博士选择在高水平的地方做博士后而不是选择一个平庸但稳定的职位……王贻芳等专家多次探讨后认为,关键还是要提高待遇,拉开差距。

在粒子物理前沿卓越中心建设和教育部“基本粒子与相互作用协同创新中心”筹建过程中,两个中心联合设立“赵忠尧研究奖金”,用于招收国际一流的博士后研究人员。获资助的博士后除在其工作单位得到工资收入外,个人每年可获得8万元人民币奖金收入。该奖金每年入选人数约为申请人数的一半,2015—2018年已有90人获得奖励,其中外籍博士后占25.5%。此举吸引了国外博士后,留下了国内的优秀博士。

类似举措带来了人才队伍蓬勃兴旺。卓越中心“万人计划”新增4人,“外专千人”新增1人,“杰出青年”新增3人,“青年千人”新增15人,“优青”“百人”等新增11人。王贻芳当选中科院院士、俄罗斯科学院外籍院士、发展中国家科学院院士,吴岳良当选发展中国家科学院院士。

成立之初,粒子物理前沿卓越创新中心仅有不到100人,到2018年底已增加到430人,人才队伍趋于稳定。

期 待

粒子物理前沿卓越创新中心建立了资源共享数据库,各单位的科研基地、公共平台、仪器设备、图书资料等应优先为中心研究成员开展协同科研任务和人才培养开放使用,有效整合各参与单位的物力资源,促进资源、研究进展和成果信息的公开化、透明化。

高能物理研究竞争激烈,资金投入量大,必须将有限的资源聚焦投入到最有可能实现突破的领域。五年来,粒子物理前沿卓越创新中心的三大平台——高能量、中微子和新强子平台不断传出好消息。

就在2018年11月14日,CEPC工作组发布了《概念设计报告》,这是工作组用时6年完成的报告。自2015年开始,粒子物理前沿卓越创新中心还组织了关键技术预研,计划在“十四五”开始建设,2030年前竣工。

今年1月15日,欧洲核子中心宣布了他们的未来计划:环形正负电子对撞机及其未来的升级版——质子-质子对撞机,2040年建成。这从另一个方面表明CEPC计划的科学目标得到大家认可,实施路径正确并具有前瞻性。

当前,粒子物理前沿卓越创新中心的人力物力也主要集中在这个平台上。“一是我们在这个方面根基浅,二是我们跟国际的差距大。”王贻芳说。

大型强子对撞机(LHC)上超环面仪器实验(ATLAS)和CMS的物理研究和探测器升级是高能量平台的另一个主要研究方向。这是一个与欧洲核子中心紧密合作的研究方向,这几年通过各种青年人才计划吸引了大批年轻人回国参加卓越中心的研究工作。

中国科学家在ATLAS和CMS实验的希格斯粒子性质测量研究和新物理寻找研究中取得一大批重要物理成果。金山介绍,尤其是2018年,ATLAS和CMS实验继希格斯粒子的发现后又同时宣布发现了希格斯粒子与顶夸克和底夸克的耦合,这些成果入选美国物理学会评选的2018年物理学十大进展,中国科学家在其中作出了非常重要的贡献。

“随着国家投入的增大,中国科学家在LHC几个实验中不仅重要物理成果的贡献越来越多,而且在涉及一些核心技术的探测器升级中的贡献也显著提高。”赵政国说。

这五年,中微子平台也没闲着。中微子平台的学科带头人曹俊,大部分时间奔波在大亚湾、江门和北京之间。

2016年2月,大亚湾中微子实验又有了新的进展:他们获得了全球当时最精确的反应堆中微子能谱,发现跟理论模型有两处差异。在随后三年中,关于反应堆中微子能谱的研究成为一个新的国际热点。

同年,上海交通大学领导的锦屏暗物质实验(PandaX-II)项目,也得到世界最高灵敏度结果。

当大亚湾中微子实验仍在提升测量精度时,在中国科学院战略性先导科技专项(A类)的支持下,来自17个不同的国家和地区、77个高校与科研院所、600多位科研人员,正在广东江门地下700米深处,建设一个由直径35米的有机玻璃球构成的巨大探测器。在2020年大亚湾中微子实验完成使命后,这个名为“江门中微子实验”的新的大科学装置将接过中国中微子研究的接力棒,成为中微子平台新的重要支撑。

在新强子平台上,北京正负电子对撞机刚刚度过了它30岁的生日。依托这台对撞机,北京谱仪一直在寻找国际上没能找到的新型强子态。从卓越中心建立至今,一直引领了国际多夸克态新粒子研究。自2013年发现“四夸克物质”Zc(3900)后,北京谱仪又陆续确定了Zc(3900)自旋宇称,发现新衰变模式,发现Y(4260)的精细结构及多种新衰变……

不过,对于一台加速器来说,30岁毕竟不能算年轻了。学科带头人沈肖雁一直在思考这个平台的未来:根据国际发展现状,在寻找新型强子态方面,依托加速器运行的北京谱仪还能在未来八到十年内保持住国际优势,但是之后呢?

为了持续走在粒子物理的前沿,新强子平台除了在北京谱仪上开展实验外,还参与了日本加速器研究机构的超级B介子工厂实验——BELLE II项目和欧洲核子研究中心的底夸克实验(LHCb)项目,相继主导发现“五夸克态”和“双粲重子”,中心的科学家们在国际合作中越来越有影响力。

目前,新强子平台还加入了德国重离子研究中心的PANDA实验国际合作组。这一装置与北京谱仪BESIII研究目标相近,将在2025年建成。

同时,该平台提议的超级陶—粲能区装置(STCF)已进行过多次国内外研讨,并正在形成初步概念设计报告。STCF装置是一周长约1000米的正负电子对撞机,能量高约2 -7GeV,其亮度比北京正负电子对撞机高100倍,初步估计总花费50亿元。它的建造将使我国在陶—粲能区物理及相关强子物理领域引领世界。

这些接踵而来的新消息,让世界目不暇接。一些中国粒子物理学家会在国际场合听到类似的话:“听说,你们又有一个新进展……”

如今,粒子物理前沿卓越创新中心仍在一步一个脚印地前行,带着一个更雄心勃勃的目标:

通过20年到30年努力,在中微子物理、强子物理、高能量前沿等领域取得一批重大成果,成为国际领先的粒子物理研究中心。

下一个十年、二十年、三十年,中国粒子物理的成就将值得全世界期待。

第三代北京谱仪(BESIII)   中科院高能物理所供图

《中国科学报》 (2019-04-19 第4版 综合)
 
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