学科建设与发展研讨会 粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 近代物理系 2015-10-27

学科现状

历史与背景 具有优良的传统和声誉， 对中国的高能物理的发展和人才培养有重要的贡献 与科大/近代物理系同命运，于1958年由赵忠尧、张文裕、梅镇岳等前辈创建。 1981年首批博士学位点，上世纪80年代开始参与国内外的各大粒子物理实验 1978, PETRA/MARKJ @ DESY, 电子质子对撞机 探测器建造 参与 实验 物理分析 1980, LEP/L3 @ CERN, 正负电子对撞 1990, BEPCI/BESI-II@IHEP, 2-5GeV正负电子对撞 2000, KEKB/BELLE@KEK, 正负电子对撞 起重要 或 主导作用 探测器设计与建造 实验 计划的 设计 物理分析 2000, RHIC/STAR @ BNL : 重离子对撞 2003, Tevatron/D0 @ Fermilab : 质子反质子对撞 2005, BEPCII/BESIII @ IHEP : 2-5GeV正负电子对撞 2008, LHC/ATLAS @ CERN : 质子质子对撞 具有优良的传统和声誉， 对中国的高能物理的发展和人才培养有重要的贡献

人员队伍 2005年人才断档/短缺危机   2008 重新整合/招募  现具一定规模/全面 固定教职(正/副教授+讲师)18人合同期岗位(特任副教授)5位支撑岗位2位 院士1位, 杰青2位, 优青1位, 青千1位, 百人1位, 院优青1人 （统计不包括杜江峰教授课题组，从事量子计算相关的工作） 年龄结构相对合理，由于项目需求，特别需要增加技术研发以及运用研究人员

深入到加速器物理不同的研究领域，在各实验中都起重要作用，作出突出贡献，得到国际同行的认可 学科研究方向(I) 物理分析，软件开发  独立制定取数计划，领导并承担课题研究 探测器测试  新型探测器研发，建造  具备一定的独立承担大科学工程建设能力 正参与项目 （黑色表正在建设的实验） 正负电子对撞 　：BESIII + BELLE 强子对撞(TeV) ：ATLAS 重离子碰撞实验 ：STAR + CSR + CBM 电子深度非弹实验 ：Hall-A (JLAB) + EIC 空间/宇宙线实验 ：DAMPE + LHAASO 深地实验 　 ：DayaBay/JUNO + PANDAX 核与 粒子物理实验 深入到加速器物理不同的研究领域，在各实验中都起重要作用，作出突出贡献，得到国际同行的认可 刚刚起步，得到很好的效果，物理有待加强 相对薄弱，需要尽快赶超

学科研究方向(II/III) 核技术运用 唯象 理 论 正电子物理以及在材料科学中的应用 两个发展方向：发展新实验技术和建立新的实验装置 拓展新的运用领域，更多地运用于交叉学科 子束流及其技术 唯象 理 论 粒子物唯象理论：紧密结合国际大型高能物理实验，围绕标准模型精确检验与探索标准模型外新物理开展理论研究。 核物理唯象理论：研究有限温度密度场论、重离子碰撞和夸克胶子等离子体理论，手征费米子物理的统一描述。

研究成果(I) 北京正负电子对撞机/北京谱仪(BEPCII/BESIII), 中国最大的国际合作项目，在国际上是唯一在－charm 能区运行的加速器，引领国际强子物理的研究 科大承担探测器项目 端盖飞行时间谱仪的建造 束流亮度实时监测系统 端盖飞行时间谱仪的升级改造 科大是唯一有硬件贡献的高校合作单位 5位教师+15位学生+探测器维护升级　 在物理研究工作起领导作用 合作组负责人 ：赵政国 物理分析负责人 ：彭海平 物理课题组负责人：鄢文标、彭海平、 黄光顺 973课题2个，基金委重点项目3个 主导R&QCD的取数计划及物理分析。 在Zc等四夸克态的发现及研究中有突出贡献。 BESIII目前发表的113篇文章中，由科大主导或有突出贡献的20篇。

研究成果(II)-TeV物理 大型强子对撞机(LHC)上的ATLAS实验研究: Higgs粒子的发现和研究，标准模型的检验及新物理的寻找，是目前世界上最大的科学实验，粒子物理研究的最前沿。 科大承担探测器项目 缪子探测器的运行、维护及升级工作 缪子谱仪端盖系统升级(ATLAS Phase I 升级首要任务2018年) 基金委、科技部重大国际合作项目 整个触发系统前端电子学的研发与生产 7位教师 18位学生 探测器维护升级　 吴雨生 李 数 徐来林 李 冰 汪虎林 张冬亮 许 超 “这些重要测量是Higgs的基础” - Fabiola Gianotti ATLAS负责人 2012-07-04 8个研究方向，科大组对5个研究有直接贡献，其中，WW/WZ/ ZZ分别是科大5位学生的博士论文 Hγγ HZZ*4l HWW*lνlν 希格斯粒子发现 刘坤、李冰等博士论文 SM 精确检验

赵政国教授领导下的科大团队极富建设性的贡献 研究成果(II)-TeV物理 Z 新物理寻找 寻找Z伴随产生暗物质 PRL112, 201802 寻找RPV 超对称共振态 PRL115, 031801 ATLAS合作组发言人致科大校长信 ………… 第三任负责人 第一任负责人 第二任负责人 赵政国教授领导下的科大团队极富建设性的贡献 ATLAS约400篇物理文章，科大有重要贡献40篇 学生获得了ATLAS合作组的最高奖项. 刘坤，2014年ATLAS优秀博士论文奖 (共6人) 徐来林，2014首届 ATLAS PhD Grant (共3人)

研究成果(III)-重离子对撞物理 RICH/STAR相对论重离子对撞, 寻找夸克胶子等离子体并研究其特性,在极端条件下的QCD的相变及其“涌现”特性。 科大承担探测器项目 基于MRPC技术的飞行时间谱仪(TOF): 该技术第一次在大型粒子物理实验上运用。 基于MPRC技术的缪子谱仪(MTD) 科大MRPC向高时间分辨，高计数率，高颗粒度发展，保持世界领先水平，已成功运用于多个实验 4位教师、10位学生、探测器维护升级　 围绕研制的探测器 进行以我为主的物理分析工作 STAR至今发表181篇物理文章， 科大作为主要作者发表文章21篇 中科院院长特别奖（董昕） RHIC&AGS 博士论文优秀奖（唐泽波） 若干中科院院长奖、中科院优博论文

研究成果(IV)-空间暗物质实验 通过高分辨地观测空间中宽波段高能电子和伽玛射线，寻找和研究暗物质粒子以及研究宇宙线加速机制 关键分系统 BGO量能器 308根BGO晶体 616支PMT 关键技术—BGO量能器读出方案 DAMPE飞行样机已交付卫星总体，年底发射 科大顺利完成关键分系统BGO量能器的设计与建造以及相关的能量标定等工作。 物理分析软件开发。 2.5TeV 10MeV 本学科首个空间项目，取得很好的开始，期待未来在数据中有重大突破。

平台建设(I)-粒子物理实验 1）高位置分辨探测器性能测试平台 基于GEM和Micromegas探测技术 气体探测器测试和X射线成像实验 位置分辨能力测试 2）高时间分辨宇宙线测试平台 高时间分辨宇宙线触发系统和定时装置 大面积宇宙线定位和测试装置 3）单光子测量以及新型光电器件测试装置 基于新型硅光电倍增管（SiPM）技术 闪烁探测器光输出和时间特性精确测量

平台建设(II)-粒子物理实验 4）万级洁净室 用于探测器的研发与制造 5) 高性能计算机系统 Tire3, 用于探测器模拟和物理分析 CPU1300核,硬盘1000T,10GbE网络 6) 4套多功能远程视频会议系统 远程会议讨论

平台建设(III)-核技术运用 中国最齐全的正电子研究装置 数字化AMOC谱仪 二维寿命谱仪

新探测器技术研发 新型光电探测器 大面积高分辨MPGD探测器 新型闪烁晶体 GEM MicroMegas 新型闪烁晶体 基于GEM技术的大型径迹探测器(JLab SoLID)， 基于MicroMegas技术的低温低本底探测器， GEM和MicroMegas 组合探测器(TPC读出)，基 于GEM和MicroMegas的数字量能器(CEPC)。 基于BSO晶体和LYSO晶体的量能器(EIC、HIEPA、 CEPC)。 大尺寸PMT测试(LHAASO)，SiPM研究(EIC、 HIEPA、CEPC)。

学科特色与优势 特色 优 势 大学科装置，尖端技术，高投入，长周期 全球性的国际合作 广泛参与国家大科学工程和重大国际合作研究。 探测器：积累了丰富的新探测器研发经验，已具备独立承担大科学工程的新技术研发、探测器建造等能力 配合实验与探测器贡献，软件、物理分析全面的发展。 依托基地--核探测与核电子学国家重点实验室，与核电子学以及理论(唯象)专业密切配合。 广泛的国内外交流与合作。 为国内外大科学工程培养大批领军人才和业务骨干。 优 势

培养一流的毕业生是大学的基础，也是各学科的重要任务之一。 科大在学生培养方面在国内外取得了很好的声誉。 存在问题(I)学生培养与教学 培养一流的毕业生是大学的基础，也是各学科的重要任务之一。 科大在学生培养方面在国内外取得了很好的声誉。 优化和调整本科生/研究生的课程设置和内容，进一步提高本科生的专业课授课质量。 研究生的培养方案，如资格考试、开题报告、专业课的课程设置、授课时间顺序，研究生的管理等都需要改善，需要标准统一流程。

但还是制约本学科年轻后备人才的培养和发展。 存在问题(II)人员结构 粒子物理唯象研究方向：缺乏学术带头人，研究规模和深度不够国 际标准 核物理唯象研究方向：缺乏团队，后备人才缺乏 核技术应用研究方向：缺乏团队，后备人才缺乏 粒子物理实验研究方向： 非加速器物理方向，引进学术带头人，建立团队。 目前有较好布局，但粒子物理实验周期长，需跟踪未来发展方向，引进和培养下一个梯队。 缺乏技术支撑人员 当前的评价体系虽然有所改善， 但还是制约本学科年轻后备人才的培养和发展。

将本学科建设成为在国际上有相当的影响力，达到世界一流大学水平。 未来目标 一流的学科体系 将本学科建设成为在国际上有相当的影响力，达到世界一流大学水平。 建立国际标准的一流实验室。 培养世界一流的，能够在国内外的大科学工程中起关键作用或成为工业、企业支柱的技术人才。 具有国际知名的学术带头人与一流的教职工，在世界的前沿科学研究中起重要重要，与国际一流大学的研究人员 同等水平。 有一支稳定的技术研发队伍，对国际上新的探测器的发展能一直跟踪，发展和积累新的实验技术。结合国内外实验项目的需求以及本实验室条件开展开创性的工作。

未来发展规划 拓展现有教职工的业务水平,引进和培养下一代更年轻的研究人才和队伍。 在现有正在运行的大科学装置上如BESIII、ATLAS、STAR等，保持一支强有力的师生队伍，并取获得重要成果。 对正在建造的大科学工程，完成现有承担的任务，同时对未来数据获取和分析做好准备。 发展一支稳定的、富有经验和创造性地技术研发队伍，继续探索和跟踪新型探测器的发展。 继续探索新的发展方向，如CEPC，HIEPA。

总结 经过几十年的努力，核与粒子物理专业取得全面的发展和进步，具备了自主的进行新探测器研发、建造、分析软件开发和物理分析能力。 在近年来，在国内外的大型粒子物理实验(特别是加速器物理)合组研究中获得了巨大的成功，做出了巨大的贡献，得到了国内外同行的认可。 但是仍有存在许多问题，如非加速器物理发展缓慢、某些方向人员结构不合理等，需要努力优化。同时需要着眼下一代更年轻队伍的培养和引进。 努力发展一支发展一支稳定的、富有经验和创造性地技术研发队伍，是本专业能够达到世界一流水平的基础。

几件迫在眉睫的事情！ 需要学院和学校大力支持 国内高校和科研单位推举科大挑头筹建“基本粒子和相互作用”同创新中心。 鉴于科大在LHC研究中的贡献，国内粒子物理界推举科大负责“科技部国家重点研发计划”的LHC相关项目。 高亮度-粲工厂的建设，中国高能物理学会推举由科大负责统筹全国的高等院校和研究单位进行预研制工作。该项目规模已超越一个专业或学科范畴。 需要学院和学校大力支持

人才引进与培养 在理论物理研究方向，需要引进1-2名高水平粒子物理理论研究帅才，培养2-3名的年轻学者，结合本学科的实验物理研究方向，拓展研究领域和深度。(需要与科大理论专业协调，在科大应形成一个全面的、互补的理论团队) 非加速器物理研究方向，引进一位知名的学术带头人(千人或青千)和(1-2)名相关方向的青年学者(青千/百人/新百人)，同时需要培养1-2名的年轻学者，组成一个研究方向互补、年龄结构合理的研究团队，全时间的投入该方面的研究。 加速器物理研究方向，作为人才储备，需要引进和培养3-5名年龄在35岁以下有潜力的年轻学者，追踪粒子物理实验的发展、积极参与新技术的研发。 核技术运用研究方向，需要尽快地引进或培养2-3名的相关技术人才，形成完整的队伍。 鼓励在职的年轻人才，积极地投入各不同的实验，活跃于科研工作的第一线，提升自己科研工作能力、竞争力和学术地位。

学科团队建设与规划(I) 理论物理唯象研究方向 与理论物理专业协调，通过人才引进和人才培养，形成一支稳定的、结构合理的唯象研究团队，在科大形成一个研究方向全面的、互补的理论物理研究团队。 结合本学科实验物理究团队的研究方向和国内外粒子物理研究热点，在TeV物理、重味物理、强子物理等方面积极拓展研究领域，提高研究规模和研究深度。 结合国内外高能粒子物理研究趋势，为未来可能的国际直线对撞机和中国正负电子对撞机的预研制工作提供理论基础。 希望发展为国内研究力量雄厚、在国际上有一定影响力的研究基地。

继续延续并扩大相对国内高校的优势，能与国外一流高校的研究实力抗衡 学科团队建设与规划(II) 实验物理研究TeV物理 继续延续并扩大相对国内高校的优势，能与国外一流高校的研究实力抗衡 首要任务是按时完成ATLAS Phase I Muon谱仪端盖升级工作(-2018年)，在探测器层面上把握TeV物理研究，是大科学综合研究能力的体现和展示，将为学校及国家在国际大科学研究中赢得荣誉与地位。 根据国家和ATLAS研究任务的需求，跟踪实验技术的发展，积累技术，为ATLAS Phase II 的升级工作打基础。 利用ATLAS的大量13/14TeV数据，延续在RUN1的研究成果，迅速开展Higgs粒子的精确测量、电弱测量以及新物理的寻找等相关的研究工作，做出有显示度的开创性的物理结果。 年轻的教职工继续活跃于可以科学研究一线，在合作组的不同研究方向承担重任，其关键性作用。

延续过去，继续在BESIII实验研究中担当关键性及领导性角色 实验物理研究强子物理 延续过去，继续在BESIII实验研究中担当关键性及领导性角色 首要任务是完成北京谱仪基于MPRC技术的端盖飞行时间谱仪的升级及后续的工作。在未来5-8年，结合北京谱仪的运行状况，在探测器的运行、升级维护、取数计划的制定等工作中起关键性作用。 在北京谱仪的物理研究中要加大力度完成R-QCD的物理研究工作，尽快获得一流的研究成果。同时要扩大在强子谱、粲物理以及新物理研究的显示度。 在高量度的-粲工厂的预研制工作中起领导性作用，尽快完成概念性设计报告，为后北京谱仪时代的中国高能粒子物理实验提供选项。 在BELLE实验中，需要组织精干团队(1-2位教工+若干名学生)，在BELLE以及即将运行的BELLEII实验中做出有特色的工作。

扩大STAR的成果，完成CSR的升级工作，着眼CBM/ALICE实验 学科团队建设与规划(II) 实验物理研究重离子物理 扩大STAR的成果，完成CSR的升级工作，着眼CBM/ALICE实验 科大在RHIC/STAR实验研究中取得巨大成功，是中国开展国际大科学合作研究工作的典范。 在STAR合作研究中在探测器运行及升级过程中继续扮演重要角色，利用熟悉自己贡献的探测器的优势及其优良性能，继续扩大物理成果。 按计划完成兰州近物所CSR的升级工作，在国内开创重离子研究基地。 着眼CBM/ALICE实验，按计划完成CBM飞行时间计数器的设计和建造工作。利用十三五结构调整契机，尽快加入ALICE实验合作组，探讨可能开展的硬件研究和物理工作，开创新的重离子研究领域。

一支稳定、高效的技术研发队伍是本学科在国内外的竞争中立于不败之地的保证 学科团队建设与规划(II) 实验物理研究实验技术的研发 一支稳定、高效的技术研发队伍是本学科在国内外的竞争中立于不败之地的保证 在过去十年，科大在MPRC技术的发展和运用中得到巨大的成功，据此在相关的物理研究中得到很好的结果。 面向中国未来可能的两大粒子物理重大实验装置：大型环形正负电子对撞机和高亮度正负电子对撞机HIEPA，以及其他研究项目，本学科将重点发展：粒子数字量能器和粒子鉴别，两个基础性并据前瞻性的技术。 需要发展一支稳定的，高效，富有经验的技术研发队伍，能够保持跟踪国际上新探测器的发展，结合本实验室条件开展创造性工作。本队伍应该保持在固定岗位4-6人，配合一定的流动人员和学生，开展工作。

完成LHAASO实验任务，获取DAMPE实验数据，建立非加速器物理研究队伍 学科团队建设与规划(II) 实验物理研究非加速器物理 完成LHAASO实验任务，获取DAMPE实验数据，建立非加速器物理研究队伍 完成LHAASO实验的工程任务。需要研制专用PMT性能测量平台，并且建立新型光电器件测试系统，填补国内空白，培养关键技术人才。 在DAMPE卫星上天后，应该积极参与探测器的运行维护，研究探测器性能，重点是优化能量标定技术，利用获取的数据开展物理分析工作。 通过人才引进和自主培养方式，建立专业的非加速器物理研究队伍。队伍建立后，集中优势力量，自主或重点参与某个优势项目。在专业队伍建立前，可以参与兄弟单位项目，培养后备人才。

学科团队建设与规划(III) 核技术运用 通过人才引进和自主培养，完善队伍结构。 基于完善的慢正电子技术，发展新的实验技术，建立新的实验装置，拓展新的运用领域，如半导体、超导体、纳米材料、高分子材料、金属与合金、巨磁阻材料等。 扩大其他的成果向社会转移，计划在宇宙线成像技术、μ子束流与成像、PET成像、中子成像等相关方面开展探测器、电子学及数据处理与图像处理等研究，为满足国家安全层面的需求及放射医学方面的发展进行技术与人才储备。

未来发展规划 提高现有人才队伍的质量 引进下一代更年轻的研究人才和队伍 在正在运行的大科学装置上如BESIII、ATLAS、STAR等，保持一支强有力的师生队伍，并取得重要成果； 对正在建造的大科学工程，完成现有承担的任务，同时对未来数据获取和分析做好准备， 继续探索和跟踪新型探测器的发展 继续探索新的发展方向，如CEPC， HIeapa。

合作交流 教工和研究生直接工作于国内外大实验的研究一线，在各研究方向扮演关键性角色，起重要作用。在工作中与知名的专家学者直接接触交流，提升科研工作能力、竞争力和学术地位。 派遣学生和年轻教工到国内外一流大学/实验室进行短期/中短期的学术交流互动。鼓励教工和学生参加重要的国际会议并发表演讲。 与国内外的一流大学/实验室开展合作，联合培养研究生，如与Michigan大学在ATLAS实验和探测器预研制中的合作、与LBNL实验室在STAR实验上的合作、基于中法联合实验室与法国马赛打响粒子物理中心、与巴黎六大等在ATLAS实验上合作等。 定期邀请国内外的知名学者访问科大作学术交流。与理论专业配合，每年至少邀请国内外知名专家学者在科大举行50学术交流会或讲座。 每年举办1-2个的具有影响力的国际会议，如今年举办10th 正负电子国际研讨会、中法联合实验室年会、高亮度正负电子物理研讨会等。

优势方向的凝练与发展

新兴交叉方向的布局与培育 硅探测器 成像技术

总结

未来五年目标

加速器实验

深地与空间实验

新技术研发

State Key Lab for Particle Detection and Electronics 2层设置了学术报告厅 3, 5, 6层设置了远程视频会议室 15

R&D for Large Area GEM, Micromegas BGO Crystals 暗室 宇宙线测试平台 放射源测试平台 复合测试平台 21

长条MRPC/GEM探测器的研制 主洁净室 次洁净室 液体和微波清洗室 布丝仪 精确位置测量仪 22

探测器性能和方法测试室 复合测试平台 气体性能测试平台 光电倍增管性能测试 23

网格计算系统：探测器模拟和数据处理 CPU: 448 core Storage space: 260 TB Network speed: 10 Gb Grid computing: Tire 3 for ATLAS Tire 2 for BESIII

Summary (2) Bring in international standard for teaching and research: - regular colloquium and seminar, international conference to campus - each Ph.D. graduate student gave one talk at int. conf. - thesis defense: foreign prof., in English - REU program: (3 from UM to USTC, 5 to CERN, 5 to UM)

提纲 学科现状 薄弱环节、存在问题及发展瓶颈 发展规划、实现路径及五年目标 总结

薄弱环节(I)非加速器物理实验 近年来，非加速器物理(如寻找暗物质、无中微子双beta衰变等)兴起。 我国新建的四川锦屏地下实验室以及未来中国的太空站将提供优越的实验场所。 急需引进非加速器物理背景的学术带头人，建立团队(3-4人)。

学生培养与教学 成立专业课程课题组，定期召开讨论会研究授课内容。加强不同课程之间的沟通交流，合理安排课程内容、授课时间顺序以及课时。 适当增加本科生的必修课数目，同时鼓励本科生多进实验室，尽早接触实验与科学研究。 规范研究生的培养流程（包括资格考试、制定培养计划、开题报告、论文选题、论文评审、答辩等）。是否要求非本专业教授参加博士生答辩？是否可以有宽进严出的机制？ 扩展研究生的视野、规范学生参加学术报告、国内及国际会议的次数。鼓励研究生在国内外的大实验中积极与知名专家、学者交流、合作。