李政道学者李数-以大迷信装置开拓暗物质探测新赛道 (李政道的书)

·粒子物理畛域的探求环节不只仅是为了满足人类解锁宇宙微妙的猎奇心、应战人类认知极限，在始终完善实验条件、提高实验技术与方法的环节中，也成功了基础迷信关于国计民生、策略需求的回馈。

上海交通大学李政道钻研所李政道学者（T.D.LeeFellow）李数与实验室仪器设施合影。

2012年，欧洲粒子物理实验室——欧洲核子中心（CERN）宣布找到了希格斯玻色子，这一自旋为零的粒子也被称为上帝粒子，赋予了基本粒子品质，某种意义上塑造了宇宙中的万物。自此，粒子物理学进入了新时代。

发现它是为了处置规范模型中缺失的一环，对上帝粒子的发现象征物理学家现在选用解释宏观环球物理机制的实践框架被验证了。如今任职于上海交通大学李政道钻研所的李数过后是中国迷信技术大学的钻研生，也是大型强子对撞机（LHC-ATLAS/CMS）国际协作实验发现上帝粒子时中国钻研团队中的一员，在很长一段期间内，人们坚信希格斯粒子的存在，但并不知道希格斯粒子如何存在，以及它与其余粒子之间怎样出现作用。

2022年是上帝粒子发现十周年。《人造》杂志2022年7月颁布的《上帝粒子发现十周年：已知的和未知的》称，自2012年以后，欧洲核子中心在瑞士日内瓦远郊的大型强子对撞机（LHC）团队就分内忙碌，先后共宣布了近350篇关于希格斯玻色子的科研论文，但该粒子的许多属性依然成谜。

李数与希格斯玻色子发现的上班成绩墙报合影。

李数常年从事高能量前沿的粒子物理实验钻研，对希格斯的发现与性质钻研、矢量玻色子散射电弱稀有环节的发现、希格斯新物理探针与超规范模型新物理钻研作出关键奉献，并因此中选2022年上海科技青年35人引领方案。

粒子物理实验赋予人类观测宇宙第一视角

粒子物理是一门关于期间、空间和能量的迷信，努力于解锁物质最基本的宏观结构及其相互作用规律。李数引见道，高能对撞机粒子物理实验为人类探求未知提供了弱小武器。

天文学和宇宙学的钻研标明，目前的宇宙来自138亿年前的大爆炸。咱们经过高能对撞机中粒子的猛烈对撞来模拟大爆炸初期的高温高能形态，从而钻研高能宏观粒子的性质、结构及其相互作用，对撞机实验赋予了人类造物主的第一视角，模拟并探求着人类自己发明的宏观的宇宙。李数说。

粒子物理作为一门咨询着极大与极小环球微妙的基础学科，其钻研面对逾越多个期间与空间尺度的极其物态和实验条件，努力于探秘物质构成之谜、宇宙构成与演化的微妙、引力、暗物质暗能量之谜等严重基础迷信识题的答案。

谈及以后粒子物理畛域在探求中的关键疑问，李数滔滔不绝，包含构成咱们身材的这些粒子，只占到宇宙万事万物总量的5%而已，剩下95%是什么，人类如今还无所不知。比如宇宙中那些非真空的区域，其中充满的物质是个别物质还是一些未知物质？

暗物质和暗能量是目前粒子物理钻研畛域的两大热点。2022年9月，上海交通大学携手《人造》（Science）杂志颁布了《全环球最前沿的125个迷信识题》，其中就触及暗物质。

关于暗物质的探测正在环球范围内热火朝天展开，咱们也在尝试以全新的视角去另辟蹊径。经过分析人类已知的基本粒子，咱们发现除了构成物质的基本粒子外，关于传递基本作使劲的流传子的钻研雷同关键。

除了引力效应外，能否还存在传递暗物质作使劲的新媒介流传子？李数以为，这是钻研者在探求暗物质环节中无法逃避的一个关键疑问。这个传递暗物质相互作使劲的媒介粒子就是咱们所要寻觅的暗光子。李数说。

目前，基于上海内乡的大迷信装置——上海硬X射线自在电子激光装置，李数所在的上海交通大学李政道钻研所正与物理与天文学院协作推进暗光方案（DarkSHINE）。该实验将是国际首个电子打靶寻觅暗光子的实验，开拓暗物质探测的新赛道。寻觅与钻研暗光子或能提醒史无前例的第五种基本作使劲。李数说。

此外，李数以为，发现新物品并不是粒子物理钻研的惟一指标，发现已有物品的偏离，也是新物理或者存在的直接证据。就像2022年粒子物理畛域钻研热点之一的‘基本粒子W玻色子的品质与实践预言值有差距’，这个差距象征着什么？是不是测量失误，还是由于实验精度？还是有些要素没有思考分明造成测量偏向，这些都是须要咱们去测验、去求索的。你测量一个物品获取一个不同的结果，那么也象征着发现了一个存在的直接证据。只管咱们临时不知道为什么，但咱们知道这外面必定有疑问、存在着亟待探求以便确认或证伪的未知，指引下一步钻研方向。假设最终发现咱们人类以前的常识大厦根基被破坏了，恰好能够处罚咱们在一个更广的认知框架下去重塑咱们既有的实践，就如同历史上第一次性数学危机时，人类发现根号二无法用分数去示意后，才有了在理数，从而把数学的边界大大的裁减了。

基础迷信的异常之喜

在李数看来，粒子物理畛域的探求环节不只仅是为了满足人类解锁宇宙微妙的猎奇心、应战人类认知极限，在始终完善实验条件、提高实验技术与方法的环节中，也成功了基础迷信关于国计民生、策略需求的回馈。实践上，在互联网降生之初、超导磁储能、强子治疗、医学成像、增强理想等泛滥钻研畛域，面前都有粒子物理等基础钻研的撑持。

只要愈加了解粒子和物质的存在以及它们的性质，人类才无时机去应用它们。李数举例说，比如人类是在发现了原子核的聚变和裂变规律后，才有了能量的概念，进而尝试去管理核裂变以成功核能发电。李数以为，当下人们似乎过于将运行迷信和基础迷信的边界划得太分明了，理想上大可不用。在他看来，基础迷信选择物理大厦自身能否结实，只管不空谷传声，但历史上每一次性基础钻研的认知打破都会给运行迷信带来异常之喜。运行迷信要成功大的打破，必定要有基础迷信的撑持。基础迷信的实验也依赖于运行迷信与技术的开展。

基础迷信实验中须要科研仪器，咱们就要关注目先人类能够把握的技术有哪些可以为咱们所用，这时就和运行迷信有了交加。随同着钻研环节的开展，咱们也会促使已有的一些技术常识获取进一步开展。举例说，上个世纪80年代末的欧洲核子钻研中心，由于实验环节中数据量很大，钻研人员不能每天拿着3.5英寸软盘四处拷数据，在这种状况下人们就很人造地有了互联网思想，最早的互联网雏形便在这无意插柳中于1989年降生在粒子物理学的基础钻研中。李数说，关于做基础科研的人员来说，技术的打破无利于实验的推进，实验环节中成功的技术打破也将会反哺运行迷信。

比如人的身材也是由粒子组成的，当咱们关于基本粒子的管理技术到达必定的成熟阶段，便可以运行于医疗，譬如经过喷射性定点查杀癌细胞，治疗癌症或者不须要开刀切肿瘤，而是可以将粒子打入人体里协助消弭肿瘤。这件事假设只靠医生在传统医学技术范围内去探求，必需无法能那么容易想到的。但粒子物理的钻研者通知医学钻研者有这样一个或者性，那么双方就会有交加，看似没有直接运行价值的基础迷信也就有用了。

从《三体》迷到首位李政道学者

早在2014年底，驰名物理学家李政道向党和国度指导人倡导在上海交大建设一个国际化的迷信钻研所，对标1921年成立、对量子力学畛域发生严重影响的玻尔钻研所，从事物理和天文方面最前沿科研。在国度相关部委和上海市等各方鼎力允许下，李政道钻研所于2016年11月在上海交通大学成立。2017年，李数在美国杜克大学物理系和欧洲核子钻研中心完结博士后钻研上班后，被聘任为首位李政道学者（T.D.LeeFellow）入职上海交通大学李政道钻研所。

在谈到最后踏上粒子物理的钻研路线时，李数说道，这个选用其实是多个要素独特促进的，其中之一就是他在安徽泗县中学读初中时的物理教员。

我的中学物理教员有一个习气，他讲课时会多说几句课本常识之外的内容。比如讲到电现象，他除了讲课，还会通知咱们电流怎样构成。这让他中学时即对物理发生了剧烈兴味。

中学毕业，李数考入知名已久的中国迷信技术大学少年班（也是由李政道先生倡导开办），开局较为系统地学习近现代的一些物理学常识。过后学校有一个很好的制度，即大一不分专业。这就给了咱们更多自在度，我可以花期间在科普读物乃至于一些高阶物理常识的浏览学习上。这些都让李数乐在其中。

除了常识的学习之外，李数特意提到2003年就开局浏览《科幻环球》，提到大学时最早浏览到连载版及后续正式版《三体》中蒙特卡洛方法与三体静止模拟、低维展开与智子锁定、降维打击与光明森林规律等给他带来的智慧的共鸣与灵魂的震撼。三体往小了说是三个基本粒子，往大了说是三个星球、三个宇宙、三个平行环球……这些内容让李数对粒子物理有了朦胧的印象和兴味。

李数以为，粒子物理相关到了人类关于宏观环球微妙的基本认知。我会选用粒子物理，必定水平上受了《科幻环球》的影响，还有一个临门一脚的事件，那时是欧洲核子钻研中心大型强子对撞机取数的前一年，一个超级大规模的硕大无朋要开局运转了，宇宙的很多微妙就要被解锁了，我当然想成为其中的一员、想成为那个开锁的人，就很人造地在那个节骨眼上选用了这样一条路线。

粒子物理的钻研某种水平上也满足了我一点小小的执着之心，由于类比于其余的基础迷信钻研方向，我仍想去用人类自己的第一视角去模拟、发明并探求一个虽不完美，但充溢着有限的未知与幻想的宇宙。

对比做在校生时和做学者时的迷信钻研理念差异，李数示意，如今他的肩上除了幻想有了更多的责任和担当。以前总想做自己感兴味的物品，去攻克一些迷信难题，如今对他来说更关键的是把自己对迷信的这份激情以及迷信观价值观、追赶人造微妙的精气传递给年轻一代的在校生。一团体的智慧和精神总是有限的，咱们有责任为更年轻一代的在校生播下迷信幻想的种子和探求未知的勇气，为人类文明的继续提高奉献中华文明未来科技之光。兴许一个真正凶猛的教员，不在于他发过什么文章，甚至都不在于他能否取得诺贝尔奖，而是他培育的在校生都想成为他、并且都逾越了他。我宿愿我能努力成为‘这个他’。

附：李数简历

图片来源：上海交通大学李政道钻研所官方

（编者注：本文系澎湃科技与上海科技联结推出的正自宽广：上海科技青年35人引领方案追光报道系列之一。敬请垂注更多后续报道。）