當?shù)貢r間2025年4月5日,科學突破獎(Breakthrough Prize)基金會在美國洛杉磯宣布了2025年科學突破獎獲獎者名單。包括數(shù)百名中國科研人員在內(nèi),來自70多個國家的13508名研究人員共同榮獲2025年基礎物理學突破獎,以表彰這些物理學家“在大型強子對撞機上對希格斯粒子性質(zhì)的詳細測量研究確認了對稱性破缺產(chǎn)生質(zhì)量的機制、發(fā)現(xiàn)新的強相互作用粒子、研究稀有過程和物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性、對最短距離及最極端條件下的自然探索”。所有的獲獎者分別代表歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)的四大實驗合作組——ATLAS、CMS、ALICE和LHCb實驗。此次獲獎也是中國科學家在2016年大亞灣中微子實驗獲獎后第二次獲得基礎物理學突破獎。
ATLAS和CMS合作組于2012年7月同時宣布發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子,并持續(xù)深入研究其物理特性。ALICE實驗專注于研究夸克-膠子等離子體,即一種宇宙大爆炸后最初幾微秒內(nèi)存在的極端高溫高密物質(zhì)形態(tài)。LHCb實驗則致力于探索物質(zhì)與反物質(zhì)的細微差異、基本對稱性破缺現(xiàn)象,以及由重輕夸克組成的復合粒子(強子)的復雜能譜。通過這些極其精密的實驗測量,LHC的四大實驗將基礎物理學研究推向了前所未有的新高度。
對于此次獲得基礎物理學突破獎,CERN總干事Fabiola Gianotti表示:“我為大型強子對撞機合作取得的非凡成就并獲得了這一殊榮感到自豪。這是對來自世界各地的數(shù)千人的集體努力、奉獻、能力和辛勤工作的美好認可,他們每天都在為推動人類知識的邊界做出貢獻?!痹谂c實驗管理團隊協(xié)商后,突破獎基金會將把300萬美元的獎金捐贈給CERN & Society基金會。這筆獎金將用于資助實驗團隊成員機構中的博士生在CERN進行研究,讓他們在科學前沿工作中積累經(jīng)驗,并將新專業(yè)知識帶回自己的國家和地區(qū)。
1998年國家自然科學基金委與歐洲核子研究中心簽訂了LHC實驗合作協(xié)議以來,在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和教育部等部門聯(lián)合支持下,包括中國科學院高能物理研究所在內(nèi)的中國科學家團隊先后加入了CMS、ATLAS、ALICE和LHCb四個實驗,在探測器研制建造和升級、探測器運行維護和物理分析研究中均做出了重要貢獻。近十多年來,在國家各類人才項目的支持下,國內(nèi)相關科研機構引進和培養(yǎng)了一大批骨干人才,在各個合作組中的貢獻和顯示度日益增強。目前,國內(nèi)科研機構署名作者在ATLAS、CMS、ALICE和LHCb實驗合作組中的占比分別約為4%、2%、5%和12%。
在本屆基礎物理學突破獎頒獎詞中提到的各項重大物理成果中,中國科學家團隊均做出了關鍵性的貢獻,共享突破獎的殊榮實至名歸。
中國科學院高能物理研究所與CERN的正式合作可追溯到1982年,從那時起,高能所參加了CERN大型正負電子對撞機(LEP)的L3和ALEPH實驗。90年代之后,高能所陸續(xù)加入了LHC四大實驗中的ATLAS、CMS、LHCb三個實驗。目前,高能所參與ATLAS實驗人數(shù)為81人,其中署名作者23人,參與CMS實驗人數(shù)為45人,其中署名作者17人 ,參與LHCb實驗人數(shù)為29人,其中署名作者21人。
高能所ATLAS、CMS和LHCb組依托國家自然科學基金委、科技部、中科院及高能所的支持,過去20多年,在陳和生院士等團隊負責人的領導下,在探測器建造、運行維護及升級、軟件重建和探測器性能研究、網(wǎng)格計算及實驗物理研究中做出了實質(zhì)貢獻,在希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)、希格斯性質(zhì)全面精確的測量、標準模型的精確檢驗、發(fā)現(xiàn)新強子態(tài)和重子CP破壞的尋找等重要基礎物理科學成果中做出了突出貢獻。此外,高能所成員還擔任了如ATLAS實驗高顆粒度時間探測器項目經(jīng)理、LHCb實驗上游徑跡探測器項目經(jīng)理、三個合作組管理顧問委員會成員等高級管理職務。在此次基礎物理學突破獎的獲獎者中,共有百余位高能所成員或曾在高能所工作學習的科研人員共享了這一榮譽。
盡管LHC的實驗已取得累累碩果,但高能所和LHC實驗的四大合作組都在聚焦未來的發(fā)展,高亮度LHC升級計劃(HL-LHC)正加速推進。近年來,在王貽芳院士的牽頭下,高能所提前布局,一方面協(xié)調(diào)ATLAS、CMS和LHCb高能所團隊凝練了長期核心科學目標,另一方面加強了為實現(xiàn)核心科學目標不可或缺的LHC加速器、探測器及計算等關鍵技術方面的研究,并于2021年聯(lián)合南京大學及北京大學獲得了國家自然科學基金卓越研究群體項目(原基礎科學中心項目)的支持,團隊已經(jīng)在這些領域做出顯著貢獻。例如高能所帶領的中國團隊為LHC加速器升級項目成功研制的新型對撞區(qū)超導磁體,是確保未來對撞亮度相對LHC原設計指標提升5倍的關鍵一環(huán);主導ATLAS新型高顆粒度高時間分辨探測器項目的研制以及LHCb 上游徑跡探測器升級,在ATLAS 內(nèi)徑跡探測器,CMS 高顆粒度量能器及RPC后端觸發(fā)電子學等項目中承擔關鍵任務。高能所與微電子所聯(lián)合成功研制出目前性能最優(yōu)的LGAD硅傳感器,該產(chǎn)品被CERN選中采購,成為首款應用于大型強子對撞機實驗的國產(chǎn)硅傳感器。高能所建有CMS實驗三個遠程運行中心之一,ATLAS、CMS兩個網(wǎng)格二級站點,近年來又建成了亞洲首個LHCb Tier1網(wǎng)格計算站點。
正負電子希格斯工廠可在LHC基礎上大幅提升人類對希格斯粒子及其背后物理的理解,被歐洲粒子物理戰(zhàn)略規(guī)劃等確定為最高優(yōu)先級的未來大型對撞機項目。2012年希格斯粒子被ATLAS和CMS實驗發(fā)現(xiàn)后,在王貽芳院士的帶領下,中國高能物理學界隨即提出環(huán)形正負電子對撞機(CEPC)項目,組織國內(nèi)外科學家進行了大量物理和關鍵技術研究,于2018年完成了概念設計報告, 2023年完成加速器技術設計報告,預計2025年年中完成探測器技術設計報告,為項目開工建設做好技術層面的準備。
參考信息:
- “突破獎”于2012年創(chuàng)立,旨在表彰最具影響力的科學工作,并弘揚基礎研究對人類的重要性。更多信息請見:https://breakthroughprize.org
- 2025年基礎物理學突破獎獲獎者:https://breakthroughprize.org/Laureates/1
- 2016年王貽芳和大亞灣中微子實驗團隊因中微子振蕩方面的基礎性發(fā)現(xiàn)與探索獲得基礎物理學突破獎:https://breakthroughprize.org/Laureates/1/L152
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