编者按：十年前，国家为落实“科教兴国“的伟大战略，启动了在中国教育和科学发展史上具有开创性意义的“211工程”。工程的实施，在学科建设、人才培养、科技创新等方面为北京大学这样一所百年名校的发展，提供了重要的物质支持和精神支撑。在短短的十年左右的时间中，全体师生团结进取，开拓创新，以奋发向上的精神面貌和丰硕的学术科研成果，为中华民族的进步不断作出着新的贡献。我们将陆续推出——回眸北大“211工程”的系列报道，让大家在了解和思考中，进一步增强建设世界一流大学的豪情壮志，在新阶段的历史征程中，不负国家和人民的期望，书写更加辉煌的篇章。
我八十年代末从国外回来，多年积累了不少实际经验，但学术发展极其艰难,过去的几年，按照“科教兴国”战略实施的“211工程”等，对实验科学是很大的推动，我们抓住了机遇，在走向国际高水平的路子上实实在在迈上了新台阶。
——叶沿林（物质微观结构和大尺度运动规律项目负责人）
1905年是著名的“爱因斯坦奇迹年”，在这一年里，爱因斯坦创建了狭义相对论，改变了时间和空间的观念，同年，爱因斯坦提出了光量子假说，进一步发展了普朗克于1900年提出的能量量子化思想，还是在这一年，他发表了另外几篇重要的学术论文。这些成就开创了物理学研究的新纪元。
一百多年后的今天，在北京大学物理学院，活跃着这样一群孜孜不倦，严谨踏实的科学家们，在爱因斯坦等开创的现代基础物质科学的道路上，艰辛而执著地行走着。他们就是北京大学“十五”“211”“物质微观结构和大尺度运动规律”项目组的科研工作者们。
4月6日上午，记者专门走访了项目负责人，北京大学物理学院院长叶沿林教授，就项目组在“十五”“211”期间所作的工作以及所取得的成果作了采访。
叶教授是北京大学物理学院的教授，博士生导师，重离子物理教育部重点实验室主任，中国核物理学会副理事长，北京物理学会理事长，北京正副电子对撞机国家实验室和兰州重离子加速器国家实验室学术委员会委员。二十多年来主要从事中能自旋物理、重离子核反应、高能探测器模拟和研制、放射性核束物理实验等研究工作，在中能极化氘的弹性散射研究中完成了开创性工作，首次将极化氘的散射实验扩展到大于100MeV的中能区，观察到明显的相对论效应，并首次完成了Glauber模型对于自旋1粒子的推广。在原子核的巨共振、大型高能探测系统的g/e甄别、散裂中子源靶系统的模拟研究、大面积雪崩型阻性板探测器(RPC)研制、6He晕核的直接核反应研究等方面作出重要贡献，积累了核物理和高能物理实验较大范围的研究工作经验。目前承担国家自然科学基金委国际合作重大项目，973项目课题等。
1915年，爱因斯坦提出了最终的广义相对论，为认识宇观尺度物质运动规律提供了坚实的理论基础。然而，神秘的自然界奥妙无穷。沿着微观量子理论之路建立的物质微观结构的“标准模型”，受到对称性自发破缺和夸克“禁闭”等根本性的困扰，人类对物质世界的认识又面临着极大的挑战。而在宇观范畴，“当今宇宙中暗能量、暗物质等的发现，又在‘物理学大厦’的上空形成了‘一团乌云’，可能引发物理学的新突破；整体论和还原论相结合，宇观、宏观、介观和微观研究相结合，预示着新的科学革命的诞生。”
据叶教授介绍，在“九五”期间和“十五”刚开始的时候，项目组还没有“物质微观结构和大尺度运动规律”这个提法，分别是三个子项目“理论物理”“天体物理”、“放射性核束物理与高能探测” 等。后来在实践的过程中，越来越发现这些领域的相关性，逐步演变成一个交叉领域。到了985二期的时候，提出了“微观和宇观物质科学科技创新平台”。物理和天文交叉、理论和实验结合，是这个项目组的特点。
北大的理论物理学科一直是北大物理的强势学科，在历次国家的重点学科评比中均列在全国之首。王竹溪、彭桓武、胡宁、杨立铭等著名老一辈理论物理学家曾在这里长期执教。新中国成立以来，北大理论物理为国家培养了两弹一星功臣于敏、周光召和近30位中国科学院院士。
近几年来理论物理学科在“211”工程的支持下大力培养和引进优秀人才，形成了一支以中青年为主体的高水平教师队伍，包括院士1人、长江教授2人、国家杰出青年2人、教育部新世纪人才3人、50岁以下教授11人。在赵光达院士带领下2004年入选国家基金委创新群体，这是全国理论物理方面的第一个创新群体。
北大理论物理在探索物质微观结构和运动规律中取得突出成就。仅2003年12月－2005年12月，在Physical Review Letters、Nuclear Physics、 JHEP、Physical Review系列, Physics Letter系列、Eur. Phys. J系列等高水平国际学术刊物上发表的科研论文就达到80余篇。其中关于新强子态理论研究的文章两年来被引用达到527次，其中一篇在Physical Review Letter上发表的文章单篇被引用次数达到146次。2005年，为了配合世界物理年，主办了“2005量子色动力学（QCD）和强子物理国际会议”，全球十余个国家和地区的150余位理论物理学家(其中来自海外的著名学者就有近70人)出席了会议，是该领域国际范围高档次的学术大会。近五年培养了硕士和博士研究生150余人，其中 4人获得全国优秀博士论文奖。理论和实验结合也有典型的成就。比如关于五夸克态的研究，北大物理学院理论方面的长江教授马伯强、朱世琳教授，实验方面的冒亚军教授，进行了密切地合作。在参与欧洲HERMES的合作研究中，北大组关于五夸克态的实验分析被选定为最终实验结果，为HERMES发表的五夸克态文章提供了数据和图表，发表后的两年来已被引用299次。
近几年，基于多种天文观测，国际天文和物理学界提出了著名的“暗物质”“暗能量”的概念。实际上人类能直接观测的常规物质只占整个宇宙能量的5％左右，另外还有25%左右的“暗物质”和70%左右的“暗能量”。“暗能量”的发现呼应了当年爱因斯坦的引力场方程，并引发了新的巨大挑战。“暗物质”“暗能量”不可避免地涉及到物理学的最基本问题，多半需要从基本的物质结构和基本相互作用中去寻找答案。2005年4月15日诺贝尔物理学奖获得者、美籍华裔科学家李政道在北京人民大会堂举行的世界物理年大会上做报告，阐述了有关“暗能量可能来源”的最新见解：“这暗能量的可能来源，观念是‘天外有天’——因为暗能量，我们的宇宙之外可能有很多的宇宙；这是我最近的另一篇文章，试探和解释美国高能核物理的新发现和暗能量的关系，观念是‘核天相连’——或许，核能可与宇宙中的暗能量相变相连……”。总之天文学和基础物质科学，特别是高能物理和核物理，必然密切地结合起来面对自然界的巨大挑战。
北大物理学院的天文系，在系主任陈建生院士的带领下，正在建设精品系，引进和培养了几位长江教授和国家杰出青年，师资力量和设备建设都有大幅度改善。在宇宙学和星系的形成与演化、星际介质与恒星系统的形成、活动星系核与高能天体物理等方向开展了卓有成效的研究工作。在宇宙微波背景辐射、暗物质与引力透镜效应、星云物理及天体物理中的原子分子物理过程、恒星形成物理与太阳系外行星系统、活动星系核黑洞吸积模型和脉冲星的辐射机制等方面取得了高水平的研究成果。2003-2005三年来累计在SCI学术刊物发表研究论文100余篇，人均论文数在国内天文单位中排列第一。“银河系磁场的研究”已通过2005年北京市科学技术奖一等奖初评。 “活动星系核与黑洞吸积盘理论”研究获得2003年教育部自然科学二等奖。
天体物理、高能物理和核物理都是典型的大科学，需要世界范围的大合作，能否在这样的大科学领域中参与到国际水准的实验研究中并取得平等地位，是衡量一流研究型大学的标志之一。北大传统上没有高能实验研究，核物理实验也与国际水准差距比较大。特别是上世纪九十年代，在那种“搞导弹的不如卖茶鸡蛋的”社会环境下，需要较大经费投入和稳定长期积累的大科学实验几乎无法生存，更别说发展了。“我自己八十年代末从国外回来，就徘徊彷徨了很多年。当然积累了不少实际经验，但学术发展极其艰难”，叶教授回顾说。过去的几年，按照“科教兴国”战略实施的“211工程”等，对实验科学是很大的推动，应该说，“我们抓住了机遇，在走向国际高水平的路子上实实在在迈上了新台阶”。
叶教授说，在宇宙物质世界形成的开始，大爆炸后，按物理学的规律，当时的宇宙中的各种基本粒子的运动规律都遵循非常漂亮的对称性。但是在我们现实世界中，这种对称性破缺了。为了解释这种差异，科学家们提出了许多机制和构思，其中比较公认的是基本粒子模型中的“higgs玻色子”假设，即存在这样一种粒子，在物质运动中扮演了一个关键角色来实现对称性自发破缺。现在全世界高能实验物理学家的首要任务就是寻找这个“higgs玻色子”。在瑞士日内瓦的欧洲核子中心（CERN），十年来一直在建设一个总投资23亿美元的目前全世界最大的高能物理实验设施——大型强子对撞机（LHC），由十几个科技发达de 国家、几百个科研单位参与，明年就该初步建成了。
北大物理学院的高能物理实验组七年前开始起步，很快组织起精干队伍，陆续从国外引进了三位教授，与中科院高能所一起承担了我国首次投资参与的高能试验装置LHC-CMS的部分建造任务。北大组承担的任务国家投资370多万元，对外的贡献价值大体翻一番。大面积RPC在中国研制成功，北大组提出和测试定型的组装方案成为CMS前向RPC的标准方案，在CMS上的大批量安装测试也已接近尾声，得到国际同行的高度评价。学校的“211”工程支持新建了高校中规模较大的粒子探测实验室，大大加强了设备基础，保障了国家任务的完成。
“当时接受这个任务的时候是1998年，没有基础，没有人才也没有仪器设备。北大高能物理的理论实力很强，在国际上也有很高的地位，赵光达教授是强子物理方面的带头人。但是实验物理方面却没有什么积累，而世界一流大学都应具备高能物理实验的能力。北大在7、8年前才起步作高能物理实验，发展至今。我们从国外引进的3位年轻的教授，冒亚军、钱思进、班勇，另配备了工程技术人员和其他的青年学者，这样的研究队伍在国际上高水平研究型大学中也是相当不错了。”叶教授向记者详细介绍了承担国际合作大项目的情况。
“刚开始，国外的专家不信任我们，认为我们的水平和条件不太可能完成高能物理实验装置的制造。从98年开始，在研究进行的过程中，项目组实验室一共搬了三次家，开始只有30平米的小屋子和很不起眼的一点设备。于是我们就不断努力，积极争取，用211的资金将这个锅炉房改建成现在的较大型实验室。99年过得最为艰苦，当时因为我们从来没有做过，所有的东西都要靠我们自己一点一点地摸索。做阻性板材料，喷石墨，粘接，切割，都自己来，从小样品到大样品，经历了相当多的困难。包括技术上的和管理上，组织上的。当时风险很大，如果拿出来的东西国际检验不过关的话，虽然项目允许失败，但我们自己不允许。我们的探测装置是要装配到一个价值3亿美元的大装置的内层去的，进去了就很难再取出来，任何一点问题都会影响巨大。我们花了差不多三年的时间，做出的全尺度样品送到CERN现场束流检验，在技术上得到了国际专家的完全认可。然后才能开始大批量的制作。样品通过监测合格后，在CERN的大厅里展出了一个月，贴着北大的标志。当时我们真的很激动……我本人最珍惜的是第一件小样品，因为那是我们一点一点捏出来的！后来这两、三年，我们的科研人员在日内瓦的建立了批量组装和检测实验室，深刻体会到大批量质量控制的艰难和国外管理的规范严格。”
“值得欣慰的是我们北大组提出和测试定型的蜂窝板组装方案成为CMS前向RPC的标准方案，为其他参与的国家所采用并在中国采购了相关部件。“有了这样的基础，我们就算取得了参与高能物理大科学国际合作的资格，比如美国RHIC-PHENIX就主动和我们合作用大面积RPC升级触发系统”，叶教授说。在硬件贡献的基础上，国家正在组织力量长期参与LHC物理研究工作。物理学院理论方面的赵光达、李重生、朱守华教授，实验方面的冒亚军、班勇、钱思进教授等，已经活跃地投身其中。
在核物理实验方面，我们国家选择的主流路线是放射性核束物理，为此建造大科学工程，凝聚实验和理论队伍，设立了973重大研究项目等（北大承担两个课题约300万元）。叶教授向记者解释，人类已经发现并使用的原子核有300多个，涉及到能源、安全等多方面重大的问题。在过去10多年中，科学界提出自然界中可能存在8000多个原子核。原子核的版图一下子扩大了，但大量都是未知的，他们的规律很不同，而宇宙天体中的物质都在这些未知的原子核路径上演变，所以要理解宇宙物质的运动规律就要研究这些未知的不稳定的原子核，宇观与微观的研究再次结合。过去几年，北京大学的物理学家们在日本理化所完成了首次由中国课题组自主提出并成功开展的大规模的实验，取得国际高水平实验成果。新建和测试了大型的中子球专用探测装置，在我国的大科学装置HIRFL-RIBLL上顺利完成了第一次物理实验，观察到了新现象。
“2002年，我带着北大实验组在日本理化学研究所竞争赢得了独立开展实验的计划，然后我们自己带着设备在日本完成了6He的实验，目前该试验的结果和数据也正陆续在国际上发表和使用。”叶教授说，“现在全世界只有少数国家拥有放射性核束物理的实验装置，日本和德国在放射性核束物理研究方面处于世界领先水平。我国在兰州和北京的放射性核束物理大科学工程还在加紧建设中。随着中国方面的发展，最近由日方提出，建立一个中日核物理合作委员会，中方的挂靠单位在北大。应该说经过这几年的努力和国家的支持，我们的核物理实验工作跨入了国际竞争的门槛，这对核科技事业和高层次核人才培养很重要”。说到这里，叶教授欣慰地笑了。
北大物理学院的基础物理和天文研究，经过许多专家、学者和同学的共同努力，取得了诸多重大的成果，使北大以理论和实验结合跻身国际行列，向世界一流大学迈进了扎实而稳健的一步。
二十世纪，阿尔伯特•爱因斯他以划时代的科学贡献直接发动了百年前的科学革命，奠定了现代物理学的两大理论基础———相对论和量子论。如今，北京大学物理学院的教授和同学们，正兢兢业业地继承并发展着天才物理学家的学术成就。因爱因斯坦之名，他们为美丽的基础物理和天文科学奉献着自己的智慧和青春，期待着为北大，为中国，为世界，创造新的物质科学的奇迹！
编辑:碧荷
