仲夏风扬,远渡沧溟;少年负笈,问道琉邦。7月26日至8月7日,中国科学技术大学物理学院和少年班学院10名本科生赴瑞士日内瓦欧洲核子中心(CERN)——全球规模最大的粒子物理实验室及高能物理国际合作平台之一,参加为期两周的暑期访学活动。十三天里,在吴雨生、方昀达两位老师的带领下,同学们深入前沿科研现场,在实地观摩中,真切感受大型科学装置的运转逻辑与科学精神的代际传承,也在跨国交流中,涵养兼济天下的科研情怀。
7月27日清晨,坐落于瑞法边境梅林小镇的CERN,终于为我们揭开了神秘的面纱。率先映入眼帘的便是媒体上经常见到的地标建筑——The Globe of Science and Innovation,巨大的镂空木质球体伫立在苍穹之下,象征人类对寰宇与微观粒子的永恒求索。整个园区静谧平和,地面楼宇看似质朴寻常,地下百米深处却蛰伏着全球能量最高的大型强子对撞机LHC,ATLAS、ALICE等巨型探测器蓄势待命。数十国科研人员在此携手,持续探寻物质底层的运行法则。而中国力量与科大担当的身影在全球高能物理协作的画卷中亦清晰可见。

下午,开幕会议在CERN 4/3-001会议室举行,博洛尼亚大学教授Alessandro Polini为我们带来了精彩报告。CERN中国籍研究员任忠良教授以及密歇根大学博士后许泰然博士也分别致辞,并与同学们就ATLAS探测器升级、大型国际合作的组织架构等话题展开初次对话。

讲座与前沿:从标准模型到天体物理
第一周的每天上午,同学们与来自世界各国的同学们一同参与CERN暑期学校讲座。内容从强子对撞机理论预言、味物理与中微子物理,乃至天体物理、宇宙学、超出标准模型新物理等方向。专业性极强的英文讲座是个不小的挑战,但粒子世界的神秘吸引着同学们如饥似渴地汲取知识。

历史的纹路:从旧址到丰碑
访学首日,同学们便站在了CERN的起点——Synchrocyclotron(同步回旋加速器)旧址前。这台1957年服役的老机器早已停转,一旁锈迹斑斑的巨大扳手也昭示着历史悠久。但任忠良教授指着它说:“这里曾是欧洲粒子物理的起点。”每一代加速器都是一座纪念碑,镌刻着那个时代对“最小构成”的执念。

隔天大家参观UA实验旧址,重温诺奖得主鲁比亚、范德梅尔团队发现W、Z玻色子的重大历程,循着历史脉络理解弱相互作用规范玻色子的发现意义。

技术的肌理:从车间到控制室
在BB5车间,同学们观摩ATLAS缪子系统sMDT漂移管测试;
B180厂房内,Stefan Guindon博士介绍皮秒级分辨率HGTD硅基探测器。
研学队伍还参观ISOLDE同位素分离装置,了解放射性核素制备技术。

走进LHC控制中心,工作人员完整讲解多级加速器束流注入链路与四大实验点对撞运行方案。

在CERN数据中心,大家了解PB级碰撞数据如何存储、分发,支撑全球物理学家开展研究。

深入实验腹地:从ATLAS到ALICE
开幕会后,任忠良教授带领大家参观ATLAS访客中心。这座巨型探测器如同“粒子超级相机”,依靠多层子探测器分别完成粒子径迹重建、能量测量与缪子捕捉。

8月4日,团队探访ALICE实验展区,了解装置如何捕捉重离子对撞信号,探究宇宙诞生初期的夸克-胶子等离子体。

虽未能进入地下实验大厅,但模型与现场测试展示,让大家理解纳秒级探测背后的硬核技术。
反物质与暗物质:双重谜题
在AD反质子减速器大厅,科研人员囚禁反质子制备反氢原子,持续刷新反物质囚禁纪录。

AMS阿尔法磁谱仪相关交流同样令人深受启发。这台太空磁谱仪持续采集宇宙射线,高能正电子观测数据,为暗物质湮灭、脉冲星研究提供线索。

两项重大实验,共同勾勒出现代物理对“看不见的存在”的两种追问路径。
国际协作与科学外展
7月30日,同学们前往CERN科学之门(Science Gateway),这座由玻璃与钢构成的交互式展馆向公众开放,用沉浸式装置解释标准模型、加速器原理和宇宙演化。科大博士后Yassine El Ghazali和特任副研究员Antonio Giannini引导参观时提到,CERN每年接待超过十万名访客,外展活动已纳入正式研究预算——因为公众理解与同行评议同样重要。

此外,同学们走访WTO、WHO,学习全球治理与国际协作模式,深刻体会到,科学不仅是智力的角逐,也包括信任的构建与责任的共担。


基础科学改变世界
在参访中,同学们还知晓了鼎鼎大名的万维网的缘起:为打通全球科研人员高能物理数据共享的壁垒,蒂姆·伯纳斯-李于1989年在CERN提出构想。这项诞生于实验室的技术1993年免费对外开放,最终发展为席卷全球的信息革命。由此大家感悟到:基础科学研究与技术发展之间并非单向输出,而是一种相互滋养的关系——科学追问推动技术突破,新技术又反过来打开新的物理视野。

研讨与总结汇报
交流讨论是贯穿整个行程的常态。
与Stefan Guindon博士在R1会面,初步了解LHC实验与探测技术。

伦敦玛丽女王大学Eram Rizvi教授与同学们的座谈,话题从对撞机物理延伸到数据驱动的分析方法,以及早期职业生涯的规划建议;

CERN fellow Aaron White博士介绍了FASER实验在前向区域捕捉长寿命粒子的策略;Antonio Giannini博士则分享了ATLAS上寻找新共振态的最新结果;安全与外展专家Rachel Avramidou博士结合自身经历,强调了实验安全与科普传播在大型合作中的权重。

8月6日下午,总结报告会在CERN 222/R-003室举行。五个小组各用8分钟汇报基于CERN open data的数据分析结果,再用8分钟阐述个人最感兴趣的科学命题。依托我校与CERN多年深厚的合作积淀,同学们得以近距离对接世界顶尖科研平台,完成了一次高质量、沉浸式的科研初体验。

十三天的访学,行程紧凑而充实,收获丰盈,实现了学识、视野与思想的全方位成长。最后一次乘有轨电车离开CERN,新的问题清单却比来时更长,这或许正是研学最本真的收获:不在于掌握现成答案,而在于永葆求索之心。未来我们将带着前沿视野砥砺深耕,以青春之力践行科研报国理想,助力我国基础科学不断迈向新高度。

文字/编辑:孙咏宜
摄影:吴雨生 方昀达 孙咏宜
统筹:吴雨生 方昀达
