走近院士｜赵政国：科学研究越困难越美丽

“基本粒子是人们认知的物质世界的最基本单元，比如夸克、电子、缪子、中微子等。”中国科学院院士、中国科学技术大学教授赵政国长期从事粒子物理实验研究，他打趣道，“微观世界看不见、摸不着，它们的尺寸只有头发丝的万亿分之一到一亿分之一，且运动速度接近光速，我们就是在这样的极端条件下，去探寻自然界未知的答案。”

赵政国院士长期从事粒子物理实验研究。

赵政国院士在实验室调试气体温湿度流量监控系统。

在赵政国看来，基础科学研究最核心、最前沿的重大问题，常常来自小朋友对自然界好奇的提问，比如：人为什么有重量？“中学物理知识告诉我们，体重来源于质量。既然物质世界由各类微观的基本粒子组成，那么基本粒子的质量从何而来？”赵政国循循善诱地引出一个粒子物理概念——希格斯粒子。

赵政国院士在实验室观察了解示波器上的探测器信号。

赵政国院士在实验室检查高压电缆接头。

经过近百年的研究，科学家们建立了粒子物理的“标准模型”来描述微观世界：物质世界最基本的组分是由夸克和轻子（电子、中微子都属于轻子）和传递相互作用的玻色子（如光子传递电磁相互作用）组成的。上世纪60年代，几位科学家，包括英国科学家彼得•希格斯提出了希格斯机制，它通过神秘的对称性破缺机制给基本粒子带来质量。如果希格斯粒子被证实存在，万物质量的成因也将有解，这是回答宇宙本原性的“终极命题”，因此希格斯粒子也被称为“上帝粒子”。

赵政国院士在检查探测器读出电子学电路板。

赵政国院士带领团队在探测器实验室开展关键核心技术攻关。

2012年7月4日，欧洲核子中心大型强子对撞机（LHC）上的大型环形谱仪实验（ATLAS）和紧凑型缪子谱仪实验（CMS）宣布：发现希格斯粒子！提出希格斯机制的彼得•希格斯和弗朗索瓦•恩格勒因此获得了2013年度诺贝尔物理学奖。

“受实验条件限制，科学家在相当长的时间内不能直接找到希格斯粒子，于是便通过标准模型拟合方法间接寻找，这就需要提高R值的精度。”赵政国介绍，R值是正负电子湮没产生强子与一对正负缪子的领头阶截面的比值，其测量精度越高，对希格斯粒子质量拟合越有价值。在领导北京正负电子对撞机北京谱仪实验期间，赵政国主持进行了2-5GeV能区R值测量实验，将其精度提高2至3倍，由原来的15%左右改善到6%—7%。“这个结果轰动了当时国际高能物理界，为下一步寻找希格斯粒子起到重要作用。”

劳逸结合，举重若轻。赵政国院士经常在实验室附近的咖啡吧，与学生一边喝咖啡一边聊高深的学术问题。

精密的探测仪器是许多重大发现的前提。ATLAS和CMS都是由来自约40个国家180多个大学和研究所组成的大型国际合作实验。作为目前世界最大的粒子探测器，ATLAS就像一台高速数码相机，安装在LHC四个对装点之一，探测末态粒子的动能、能量和质量，并鉴别粒子类型。赵政国对ATLAS端盖缪子谱仪（MDT）的建造作出了重要贡献，他带领中国科大团队直接参加ATLAS实验希格斯粒子的寻找与探测，和中国其他参加ATLAS实验的研究人员一道，对希格斯粒子的发现作出了直接贡献。由于在北京正负电子对撞机北京谱仪实验和大型强子对撞机ATLAS实验中的重要贡献，赵政国于2012年当选为美国物理学会会士。2013年，他又当选为中国科学院院士。

赵政国院士在探测器研发实验室与团队成员讨论技术要点。

赵政国院士在实验室检查硅探测器。

粒子物理经过百年发展，破解许多未知之谜，极大地加深了对物质深层次结构和特性的了解，也极大地推动了科学技术的发展。但是随着研究不断深入，后来的科研工作者每前进一步需要付出更多努力。“科学研究永无止境，是一个不断迭代、完善和走向精准的过程。我们对微观世界的研究，还有很多未知的答案，需要新方法、新技术甚至思想观念的新突破。”赵政国认为，“如果未知答案能够轻易得到，反倒没有吸引力。科学研究越困难、越美丽，越有挑战性、越是有意思。”

院士名片

赵政国，1956年12月生于湖南省靖县，实验粒子物理学家，中国科学院院士、中国科学技术大学教授、中国物理学会副理事长。长期从事粒子物理实验研究。与合作者建造了特殊结构的弯晶谱仪并精确测量了奇异π氢、π氘原子因强相互作用引起的基态能级的偏移并首次观测到其谱线展宽；与合作者通过对飞行π介子束的测量，否定了KARMEN实验报道的发现重中性粒子的结果；领导北京谱仪实验进行了2-5GeV能区R值的精确测量，其结果对由弱电数据间接寻找希格斯粒子及其质量拟合以及精确检验标准模型起到极其重要的作用；R值的结果被国际粒子数据手册收录且被写入教科书；在大型强子对碰机上的ATLAS实验中，为精密缪子谱仪的建造作出重要贡献，并对双玻色子物理及希格斯粒子的发现作出了直接贡献。荣获国家自然科学奖二等奖、何梁何利科学进步物理奖。