【院士风采2019】高原宁:粒子物理学家的情怀与担当

编者按:11月22日,中国科学院、中国工程院2019年新当选院士结果公布。北京大学物理学院高原宁教授、前沿交叉学科研究院汤超教授、数学科学学院张继平教授、化学与分子工程学院张锦教授、信息科学技术学院彭练矛教授新当选为中国科学院院士。北京大学人民医院胸外科主任王俊、第三医院血管医学研究所研究员董尔丹新当选为中国工程院院士。为展现新晋院士风采,发挥榜样的力量,北大新闻中心汇集多方资源,以融媒体新闻的形式对新当选院士进行了专题报道。本文将带你走进高原宁院士的学术世界。

“我希望同学们要经常给父母打电话,并把这作为习惯一直坚持下去;我建议同学们选课要适度,尽量多学知识但也要留时间深入思考……我也知道这絮絮叨叨的十有八九是人老了的表现。同学们在北大忍受我这样的老师,也许是大家不得不面对的第一个挑战。”

这番亲切的叮嘱源于北京大学物理学院院长高原宁在北大本科生开学典礼上的演讲。有情怀、有趣味是记者对高原宁的印象——尽管他研究的是被很多人认为艰深难懂的粒子物理科学。2019年,凭借在粒子物理研究中取得的杰出成就,高原宁当选中国科学院院士。

高原宁:建设世界上最好的物理学院(视频来源:北大电视台 蒋菡 王鹏)

“兴高采烈”的科研人生

“从长远的时间尺度来看,在这无数可能的未来中,不管地球达到了怎样的繁荣,那些没有太空航行的未来都是暗淡的。”在谈到粒子物理这门学科的重要性时,高原宁经常引用科幻作家刘慈欣在获奖感言中说的这段话——当然,太空航行的后面还要加上“高能对撞机”。

在高原宁的心目中,粒子物理是一个比较“极端”的学科,它的使命就是不断拓展人类认知的疆界。从“微观角度看,粒子物理揭示的是物质最基本的组成结构,小了还想更小;从宏观角度看,天文学研究的尺度是整个宇宙,大了还想更大。我们今天知道“极小”和“极大”间存在非常深刻的联系。无论是向着‘更小’还是‘更大’,往前走的每一步都是艰难的。”

高原宁在读中学的时候,就对物理产生了浓厚的兴趣。那个时代,他把李政道、杨振宁当作自己的人生偶像。1979年,年仅16岁的高原宁考上了北京大学物理系,这一读就是十年,直到取得博士学位毕业,高原宁把最美好的青春时光留在了北大。

在北大物理系的十年,老一辈物理学家为学生们打下了扎实的专业基础。高原宁说,那时候北大物理系推行的是苏式教学思想,学校十分重视同学们数理基本功的训练,课程内容讲得比较艰深。“曾经有一次期末考试,开考时间是早上八点,有的同学提前买好了晚上的火车票准备放假回家,结果考试结束后竟然没赶上火车。整个本科四年,课业都是非常繁重的。”从那时起,高原宁就开始了在粒子物理领域艰辛的攀登。

1989年,博士毕业后的高原宁来到了中科院高能物理研究所工作,这之后的近30年时间里,他还先后在英国伦敦大学皇家霍洛威学院、美国威斯康星大学麦迪逊分校和清华大学高能物理研究中心工作。他接触到了欧美科技强国最新最热的学术前沿,也在我国顶尖的科研机构担任了科研管理者。2000年开始,高原宁在清华大学组建的粒子物理实验团队参加了大型强子对撞机(LHCb)实验的国际合作,经过十余年的科研攻关,2015年,高原宁团队首次发现五夸克粒子,2017年,团队为首次发现双粲重子作出了重要的贡献。

提到科研,身材高大的高原宁兴致盎然。“自然界的秘密就隐藏在一次次的高能粒子对撞中,我们的探测器记下了它们的轨迹。”提及当年带领团队做实验的感受,高原宁依然印象深刻,仿佛各种粒子正在他的眼前飞舞。

从带领团队在LHCb“跑龙套”到取得了让海内外同行交口称道的成果,高原宁一直是团队的“灵魂人物”。但他从来不把功劳系于一身。“现在的基础科学研究,早已不是自说自话的时代,要取得重大突破,往往也不是一个国家一个团队就能搞定的。合作和交流一直都是高能物理研究的主基调。”在这个主基调下,高原宁要求自己“打通环节,眼观六路,耳听八方”,既要通力合作,也鼓励公平竞争。带领团队在科研攻关中的经验也为后来高原宁成为一名出色的科研管理者奠定了基础。

高原宁曾经在自己的博客中写到:“挺迷糊地选择了现在的专业,兴高采烈地匆匆过去了30年”。高原宁认为自己是个“纯粹”的人,粒子物理仿佛一个“避风塘”一样,让他在里面放松地任意“遨游”。现在,已是世界顶尖高能物理学家的高原宁“游”回了北京大学,在母校继续书写精彩的科研篇章。

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高原宁

教学相长的成就与喜悦

作为北京大学物理学院院长,高原宁是个科研、教学和管理三肩挑的“能人”。而在这三者之中,教学一直被高原宁认为是最本职、最重要的工作。

“北大历来都有重视教学的传统,40年前,我的老师们就非常重视课堂,教好课才能把智慧的火种传播下去。”在回国后,高原宁就一直坚守着三尺讲台,他并没有因循守旧,一味照搬当年老先生们的教学方法,海内外顶尖科研机构的工作经历让他更清楚科学前沿是什么,更清楚培养人才最需要锻造的是哪些能力。比如在“近代物理”的课堂上,高原宁除了要求学生打好数学基础外,更多的是注重培养学生对物理图像的感觉,他认为这比熟练地推导公式更重要,能够显著提高后面的分析物理问题的能力。“我非常喜欢学生‘挑战’我,有的时候,学生们会提一些让我始料未及的问题,非常有深度,这就迫使我反复想,有了想法赶紧‘汇报’给同学们。”这份教学相长的获得感让高原宁颇为欣慰。

高原宁对北大学子评价很高,他期待有更多对科研有兴趣、学有余力的低年级本科生能够尽快接触到学术前沿,进入到师兄师姐们的实验室开启科研人生。对于研究生,高原宁希望他们能够有更广阔的国际视野,“我要求我的研究生一定要随时关注国际前沿的动态,关起门来不能造出第一流的成果,要想成为一流,首先就要与最一流的学者多沟通。”为此,他邀请了众多海内外专业领域的“大咖”来为物院学子“开小灶”,这些珍贵的接触交流机会在很大程度上拓展了学生的视野,为他们顺利走向科研道路“扶上马”“送一程”。

科学家的社会责任与长远眼光

高原宁是做粒子物理研究的,尽管属于基础科学研究,但高原宁同样看重科学家对于社会的贡献。

2019年11月30日,北京大学长三角光电科学研究院揭牌,这是北京大学与南通市合作共建的光电科研基地,为南通乃至整个长三角的可持续发展提供了强大引擎。从项目洽谈到签约,仅仅用了4个月的时间,从签约到揭牌更是只有24天时间,创造了校地合作的效率典范。

高原宁在长三角光电研究院中担任北大方面的理事,他告诉记者,在微小的器件上,把光和电结合在一起,这是国际上研究的热点,也是下一代产业升级的重要方向。北京大学物理学院在这方面已经积累了多年的研究经验,积攒了一批前沿技术。“现在就是把技术转化为生产力的环节了,物理学院将在各方面给予南通保障,确保北大科学家团队在南通把研究院建好。未来,研究院将在条件成熟的情况下吸引全国、全世界最好的科研团队来到这里工作,共同开发新技术、新产品。这是科研工作者的一份社会责任。”

“我们国家有很多喜欢做科学家或者工程师的年轻人,素质也很高,人力资源是我们的优势。但这也为我们这些所谓的‘引路人’提出问题,怎样才能为后面的年轻人发挥能力创造条件,让他们的智慧优势真正转换成国家科技进步的引擎。”这是高原宁一直以来思索着的问题。

“就像科研界之前有一些争论的环形正负电子对撞机,我个人认为这样的重大装置还是应该在中国出现的。这样的重大科研设备的建成不仅是硬件装备上的完善,这背后一批批科研人所做的多年准备和探索也是不应被忽略的。” 高原宁认为,就像老一辈的“两弹一星”功勋薪火相传,现在的中国科学家也应该有更超前的眼光,把未来的发展空间规划好。“现在不规划这些事情,下一代有可能会面临‘无米下炊’的困境。”在他看来,环形正负电子对撞机引起争论也是一种求索,“在中国现当代科技发展过程中,政府、学界和民众对于大型科学计划都有自己的看法,我们并没有太多的‘前车之鉴’,各方想要什么都能通透地说出来,这本身就是有示范意义的。学界要做的就是守住底线,树立一个理性讨论的榜样。”高原宁告诉记者。

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高原宁近照

牢记使命,与北大共成长

1988年,在北大度过了近十个年头的高原宁加入了中国共产党。“那个时候入党的动机特别纯粹,觉得北大培养了我这么久,自己在思想上、认识上都已经成熟不少,我希望在攀上科研高峰的同时,也有一份崇高的信仰。”高原宁始终记得当时入党时候激动的心情,“就是觉得可以更好地报效祖国,实现自己人生的理想抱负了!”

2019年北京大学本科生开学典礼上,高原宁动容地回忆起陪伴北大的学生时代:“不管经过多少沧桑岁月,我们身上带着的还是北大的基因……当然,北大也记着我们,记着我们在校园的学习生活,记着我们喊出的‘团结起来,振兴中华’,记着我们写下的‘千年后如若我再生于祖国的河岸,千年后我再次拥有中国的稻田和周天子的雪山’,那是属于1979级的历史!”高原宁始终铭记着作为北大人的光荣梦想,他把“振兴中华”的口号作为翻越一座又一座峻峰的鼓舞与鞭策。

在高原宁的心目中,北京大学的人才培养和科学研究工作应该首先考虑的问题就是“是不是能够为国家作贡献,是不是能够为人民谋幸福”,这是一条检视工作是否做扎实的标准,也成为他从事科研工作和管理工作的不竭动力。他希望北大学子能够有更长远的眼光,不要为一次考试的失利或一项实验的失败而踟躇不前,要始终葆有与北大共成长的信心,在北大这棵枝繁叶茂的大树上留下属于自己的年轮。

当被问及当选院士后生活是否有了改变,高原宁认真地想了想,淡然地回答:“并没有什么变化,我的职责和任务就是带动全院师生把北大的物理学院建设成世界顶级的物理学院,为国家培养最好的科研人才,推动中国的基础科学研究为全世界作出贡献。”这也是高原宁作为北大科研人的初心与使命。

人物简介:

高原宁,1963年出生。1979—1989年在北京大学物理系学习,1983年获学士学位,1989年获博士学位。1989—2000年分别在中国科学院高能物理研究所、英国Royal Holloway University of London、美国University of Wisconsin at Madison从事粒子物理实验研究,2000年入选清华大学“百人计划”,组建粒子物理实验团队参加大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)上LHCb实验的国际合作。2002年获国家杰出青年科学基金资助。

领导LHCb国际合作中国组在强子谱学研究上做出重要成果。2015年首次发现五夸克粒子,被国际著名科学杂志评为年度物理学重要进展。2017年发现双粲重子,入选“2017年度中国科学十大进展”。

2004—2018年任清华大学高能物理研究中心主任。2018年到北京大学工作,现任核物理与核技术国家重点实验室主任、物理学院院长。

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