分享至
他说：来到国科大，“入股不亏”
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/8/506404.shtm
编者按：物质的基本构成是什么？这是2022年中国科学院大学（以下简称“国科大”）领雁金奖获得者吕晓睿在不断探寻的问题。十年求学，归国后扎根教学十五年，他在国科大校园里培养一批又一批物理学子。二十五载光阴，成就了这样一位青年物理学家，而他也见证了我国粒子物理科学事业的向前发展。
2008年，刚在日本取得博士学位的吕晓睿回国，碰巧遇到前一年留美归来的郑阳恒教授在中国科学院研究生院（国科大前身）组建一个新的粒子物理实验课题组。
组建新课题组，风险与机遇并存，综合考虑后吕晓睿决定加入当时郑阳恒教授的团队，这便是现在的国科大粒子物理实验团队。
如今，吕晓睿已成为国科大物理科学学院教授、至今最年轻的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组联合发言人，以及一位从不拖延学生消息的“秒回导师”。
时隔多年，谈起当时的决定，吕晓睿更是感慨：“来到国科大，‘入股不亏’。”
吕晓睿
01 从助教做起，追求启发式教学
刚回国，吕晓睿便积极关注教学，他很快发现当时研究生院开设的实验课内容和最新的研究进展之间存在一定程度的脱节。而且他自己在读研学习过程中使用的一些重要工具和方法，在现有的研究生课程中都没有体现。
想起自己曾经的自学经历，吕晓睿萌生了“要开设和实际科研更接轨的实验课程”的想法。“很感谢当时郑阳恒教授的鼓励，也很感谢学院开放、开明的态度。”最终，吕晓睿独立开设了两门新课：《物理研究中的计算机方法》和《实验模拟与数据分析工具》。他把实际做粒子物理实验方向研究的最先进方法放在课堂上跟学生们讲，然后安排上机、练习和作业，方便学生们更好开展后续的科研工作。
2014年国科大开始本科招生后，吕晓睿将更多心力投入本科生教育。虽然已经有了近5年给研究生上课的经验，但吕晓睿对于本科生的教学还有些“吃不准”。于是他主动向物理科学学院的其他老师自荐，做了4年助教。他给郑阳恒教授的《原子物理学》、林晓教授的《热学》等课程都做过助教。
在吕晓睿看来，在答疑、批改作业等常规工作以外，助教也可以成为一个更主动的角色。不仅课后常常和学生交流，吕晓睿在习题课上也别出心裁。以讲清楚主讲老师布置的习题为前提，吕晓睿会梳理每个章节概要，给学生提供一个清晰的知识框架。在习题课的末尾，吕晓睿会和学生们交流这门课实际的科学进展，并引入当前的科学问题。
吕晓睿在讲课
“在和学生交流的时候，我希望不仅只是去提供一些做题思路，而是让这门课对学生有启发。不光对他自己专业学科的学习有启发，而且能够对他建立科学思维、优化认识世界、理解世界的方法有些帮助。”在吕晓睿看来，比起办公室和家两点一线的、只追求发文章的科研生活，把他了解到的一些新东西直接分享给这些年轻的学生更有乐趣和意义。
经过4年的沉淀和准备，2018年吕晓睿开始主讲本科生的《原子物理学》课程。但许多选修这门课程的同学在期中考试的时候都会经历一次“大跌眼镜”。
“他们以为记住公式就行了，但是我考试时关注的其实是：这些公式怎么演化来的？物理图像是什么？”吕晓睿因此会降低期中考试占比，给同学们一个适应期。时间久了，同学们就知道在吕晓睿老师的课上：他们不需要死记硬背公式和常数，阿伏伽德罗常数和卢瑟福公式在考试时都会整齐地出现在试卷首页；虽然常常有随课堂测验，但只是为了考察课堂效果，不扣分；最重要的是，他们可以像听故事一样，学习物理学的演变和发展。
“我们想让学生们不仅是在学物理，更多的是在经历物理。我们希望培养一些未来的科技领军人才。”吕晓睿说道。
带着这样的期望和努力，吕晓睿所在的国科大原子物理教学团队获得2019年“北京高校优秀本科育人团队”，而他主讲的本科课程《原子物理学》也获评2020年度校级优秀课程和院级优秀课程。他本人也获教育部公布的2021年度“基础学科拔尖学生培养计划2.0”优秀教师奖。
吕晓睿（右二）在组会中与本科生交流
02 与学生交流，要教书更要育人
为了与全国更多的青年学子交流，从2016年开始，吕晓睿连续组织了7届面向全国物理学专业大学生的科创计划暑期培训及科研实践活动。暑期培训一般为期两周，在第一周，国科大粒子物理实验团队的老师们会对学员进行集中培训，第二周则是学员分组跟随不同老师进行实践。“我对吕老师的初印象就是他非常负责任，第二周小组实践的时候，他基本上每天都到场查看大家的状态。”大二时参加过暑期培训的兰州大学本科生王子一，现在成为吕晓睿的博士生。
许多学生参加了培训之后对粒子物理实验产生了兴趣，国科大粒子物理实验团队也在不断壮大。2008年吕晓睿刚加入团队时，全组就只有他和郑阳恒两位老师，1位秘书和5位郑阳恒教授的研究生。“那现在人就多了，我们组有6位老师，整个组共有50人左右。”谈起这十几年不断壮大的研究团队，吕晓睿充满了自豪和喜悦。
吕晓睿在指导学生
除了专业教学上与学生交流，吕晓睿已连续3个学期参加国科大的“玉泉书院”项目。国科大物理科学学院的学生在“学业导师”之外，还会有一个“书院导师”。“书院”小组由五、六名大一大二的低年级学生、一名高年级本科生和一位老师组成，旨在通过每周一次的朋辈讨论活动对低年级学生给予帮助。
吕晓睿有时会先和同学们一起吃个午饭，然后找个教室聊一聊。“我在大一该做些什么？”“如何找到自己的未来方向？”“为什么云是白色的？”“月亮是什么颜色的？”这些都是吕晓睿会和学生们讨论的问题。他不仅会关心每个人的学业和生活情况，也会和大家一起讨论一些天马行空的问题。回忆起每周和年轻人的讨论，吕晓睿充满了激情：“我喜欢这个项目，因为可以帮助一些感到迷茫的学生。”或许看到那些学生，吕晓睿有片刻想起了燕园里曾经青涩的自己。
2000年的北京大学校园里，就读物理学专业的大三学生吕晓睿也正在抉择自己的未来道路。他在许多方向都做过了解和尝试：和凝聚态、光学等方向的老师交流，也辅修了经济学课程。迷茫中的他遇到了当时刚来任教的马伯强教授。正是在马伯强教授的鼓励和启发下，吕晓睿选择了在粒子物理方向进行研究。也许正是因为曾经迷茫过，所以吕晓睿更能体会学生们的心情；也因曾经被帮助过，所以他选择接力传递那一份温暖，为更多的学生提供支持。
03 科教相辅，与学生共同成长
原子内部存在电子和原子核，原子核由质子和中子构成，质子内部又包含夸克和胶子。对于物理学家们来说，这些发现都是历史上一个个激动人心的瞬间。他们忍不住追问：在原子内部，是否还包含有更小的粒子？不同粒子之间存在怎样的关系？粒子的运动又有什么规律？在无尽的时空长河里，无数的物理学家投身到了对这些问题的探索中，这其中也包括吕晓睿。
2008年回国，吕晓睿就立刻参加了基于第二代北京正负电子对撞机进行实验研究的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组。微观粒子对于物理学家而言就像是不透明的小球，想要知道一个小球内部的组成结构，最简单直接的方法就是用锤子将球砸开。在我国首个大科学装置北京正负电子对撞机中，粒子们被加速后发生对撞。而安装在对撞点处的“眼睛”——北京谱仪则记录着对撞产生的各种信息。最终，正是通过对这些观测数据进行分析，科学家们得以探索原子内部的奥秘。
吕晓睿在调试实验设备
对于粒子物理实验领域而言，最大的科研压力来源于“竞争”——除了我国，美国、瑞士、日本等国家也有自己的对撞机。虽然我国拥有迄今为止国际上粲能区亮度最高的对撞机，但是它曾经也被美国康奈尔大学的正负电子对撞机“挑战”过。老一辈科学家们通过改造升级，奋力守住了北京正负电子对撞机在粲物理研究领域的国际领先地位，而吕晓睿这一代青年科学家们更是在比拼谁能最先发现新粒子、更精确地测量粒子的性质和结构。
“一些新的热点方向大家都会去研究，这个时候就需要我们质量更高、更有效率地率先做出结果。”分波分析方法是粒子物理实验物理分析的重要方法，用于从多个维度分析粒子多个衰变末态中各种可能的中间物理过程的贡献。
这项繁杂的工作不仅需要分析上千、上万GB大小的实验数据，而且需要进一步利用计算机程序同时约束确定几十、上百个自由参数的值。整个分析过程相当耗时。
为了能够高效可靠地进行分析，吕晓睿与团队里的郑阳恒教授、钱文斌副教授共同带领两名国科大的本科生开发了分波分析基础软件工具TF-PWA。过去如果要做分波分析，需要写上百、上千行的代码，还很容易出错；但现在使用者只需要简单配置几个文件，就可以利用TF-PWA进行分析。而且TF-PWA结合GPU加速计算、矢量计算和自动微分等先进技术，分析效率相较于传统CPU并行计算可提升至少上百倍。这一创新软件也得到国际上诸多粒子物理研究团队的广泛认可。
除了高效的分析工具，在吕晓睿看来，团队协作也是克服科研难关的重要支撑。在2020年新冠肺炎疫情期间值班人员紧张的情况下，吕晓睿带领团队在北京谱仪Ⅲ实验上坚持轮值运行仪器，对实验数据进行分析。“当时我们整个团队成员都按照自己的分工团结在这项任务上。
遇到难题，老师会与学生们共同学习、寻找解决办法。碰到团队内部实在难以理解的科学问题，吕晓睿也会组织团队成员与更多业内专家讨论、请教。这样的团队协作不仅让工作更高效、更可靠，更重要的是“在共同探索的过程中，老师们也在向学生们传授着解决问题的思路和方法，传递着科研激情”。
最终，吕晓睿所在团队利用这批实验数据在国际上率先发现了首个含奇异夸克的隐粲四夸克态Zcs（3985），获得国际同行高度关注。TF-PWA在该实验分析中也发挥了重要作用。吕晓睿的博士生王子一也作为其中主要的物理分析参与者，代表团队获得了2022年中国物理学会高能物理分会“晨光杯”青年优秀论文一等奖（第一名）。
吕晓睿在北京谱仪Ⅲ实验国际合作组年会上作总结报告
伴随着科研成果的积累，吕晓睿在BESⅢ国际合作组里承担的工作也越发关键。从一开始的合作组会议报告遴选委员会秘书，再到主席、物理协调人等职务，2018年，38岁的吕晓睿又担任了合作组的联合发言人。按照国际惯例，发言人是高能物理实验国际合作组的最高级职位，负责全面领导实验合作组的各方面事务。这是整个合作组对这位10年间不断给实验注入创新活力的年轻人的信任和肯定。
