——记南京师范大学物理科学与技术学院教授武雷

　　□  刘玉杰
　　
　　

　　
　　身处浩瀚无垠的世界，你有想过世界的源头在哪里吗？看似朴素的问题，却极为困难。从宇宙大爆炸到衍变成现在由普通物质构成的世界，已经过去了长达137亿年的光阴，千百年来，人类始终没有停下探寻世界源头的脚步。
　　世界是由什么构成的？又是如何运作的？这是南京师范大学物理科学与技术学院研究员武雷每日研究的重点。他所研究的物理学，所关心的正是有关世界本源的问题。其中，“质量起源”和“暗物质本质”就是武雷在探索世界本源问题上的“助力器”，多年来，他基于非标准模型唯象学研究，在暗物质、Higgs物理和Top夸克等方向上，取得多项具有国际影响力的原创性成果，一步一步探索着世界本源的奥秘。
　　

“好奇心”推动的物理探索路

　　好奇心是孩子的天性，小时候的武雷心中仿佛藏着无数个“为什么”，他尤其对世界的构成和演化很感兴趣。时光变迁，沧海桑田，长大后武雷的心中依旧延续着追溯世界本源的执着。在大学期间，学校经常会请理论物理领域的专家前来为学生作报告，传递物理前沿新知。一次学术报告上，中国科学院理论物理研究所研究员李小源提出了一个问题——“质量是如何产生的？”当时，武雷百思不得其解，但朦胧中意识到这背后一定有非常诱人、深奥的物理规律。之后，武雷开始广泛阅读相关书籍文献，发现粒子物理理论正是可以找到问题答案的突破口。于是，自那时起，武雷就坚定了自己的科研目标，在粒子物理理论领域里，对质量起源、暗物质本质等展开研究，砥砺前行，并为之不懈努力。
　　

徜徉在物理世界

　　武雷坦言，自己貌似除了爱读书，没有什么其他爱好，而这份“独一无二”的爱好也给了武雷在科研路上最好的回馈。本科毕业后他被保送本校理论物理研究生，并在老师的建议下，从大四就开始学习研究生的课程。随后，武雷在导师鲁公儒教授的强烈推荐下，来到中国理论物理研究的圣地之一——中国科学院理论物理研究所进行联合培养，跟随杨金民研究员从事新物理的学习和研究。期间，他围绕Top夸克物理进行了大量解析和数值计算，系统研究了与Top夸克相关的新物理效应，特别是对当时困扰学界的反常Top夸克前后不对称性实验数据原创性地提出了3种可能的新模型解释，相关论文被美国费米国家实验室的两大实验组CDF和DO选为代表性理论论文多次引用，同时也被发表在国际顶级综述性期刊Review of Modern Physics的Top夸克综述文章重点引用。
　　2010年武雷以优异的成绩考入中国科学院理论物理研究所攻读博士学位，继续在探索标准模型之外的新物理理论中前行。他想将原来的研究更进一步，深入结合实验数据，于是经过半年多的专研后，武雷终于在组内建立了第一套能够进行LHC蒙特卡洛模拟的程序，并迅速将其应用于Top夸克研究中。他敏锐地意识到一类规范群扩充的Z’模型将会在LHC上诱导出大量的同号Top夸克对事例，当时的LHC应该有能力对其检验。于是，武雷日以夜继地完成了理论推导，并用自己刚建立的程序完成了数值计算。论文完成后顺利发表，在国际上产生了强烈反响，3周后，美国一组专家也提出了类似想法。由于工作的重要性，美国费米实验的CDF和D0两大实验组和LHC的ATLAS实验组纷纷引用、采纳该方案并组织专家进行实验分析。正如武雷之前的理论预期，这类模型被实验组宣告已被排除！
　　“科学研究就是一场没有硝烟的战争。丁肇中先生曾说过，科研只有第一，没有第二。”此时的武雷眼睛望着窗外，神情坚定而又自信地说到。为了能够掌握当时最先进的对撞机模拟技术，他在新婚第三天就赴韩国参加国际Madgraph学校培训，结束了为期一周的高强度培训，武雷满载而归，并投入到当时超对称物理研究的热点问题——Top夸克超伴子。经过6个多月的奋战，他与团队的第一篇Top夸克超伴子的论文终于完成，并得到了审稿人的好评。由于博士阶段的突出成绩，武雷荣获了被誉为“奥斯卡奖”的中国科学院研究生最高荣誉“中国科学院院长特别奖”，其博士论文也入选了“中国科学院优秀博士论文”。
　　

挑战自我，小试牛刀

　　如果细说2012年物理界发生的大事，Higgs粒子的发现绝对可以算得上是“拔得头筹”。在粒子物理标准模型中，Higgs粒子虽给予其他粒子质量，但它自身质量的来源却不清楚，需要非常精细调节模型参数。“这就是通常粒子物理学家所说的自然性问题，超对称为解决这一问题提供了一种可行的途径。”于是武雷在博士后工作中开始转向与超对称、Higgs粒子相关的新物理研究。
　　在悉尼大学粒子物理卓越中心工作的第一个半年，武雷接连完成了3篇有国际影响力的超对称论文。其中最重要的一篇是提出了一种在大型强子对撞机上检验自然超对称的新方法，即monojet信号。该工作得到了国际著名专家和大型实验组的广泛引用，文章发表四年内被引用106次，并入选2014年ESI高被引论文，还被选入国际著名超对称物理专家学英国南开普敦大学Stefano Moretti教授等编纂的著作Supersymmetry Beyond Minimality: From Theory to Experiment。-
　　之后，武雷又创新性地提出了利用单top夸克超伴子产生过程，就可寻找TeV标度top夸克超伴子的全新策略。与传统的成对产生方法相比，该产生过程具有较大的截面，并会在LHC上同时给出mono-top和mono-bottom两种独特信号，能够被未来LHC实验所观测。武雷的创新成果在国际上引起众多反响，并获得一位PRL匿名审稿人的高度肯定。随着Higgs粒子性质测量的越来越精确，Higgs-Top耦合性质的研究越发重要。针对这一难点，武雷和合作者从电荷不对称性出发提出了一种新的运动学变量可以有效确定Higgs-Top耦合的电荷宇称性质。
　　此外，武雷又将自己的研究领域扩展到暗物质方向，提出了用暗物质实验检验解释muon反常磁矩的超对称模型的新方法，该成果也入选了2017年ESI高被引用论文。“在悉尼大学的工作经历，让我开阔了眼界，使我对新物理研究有了更加深刻的认识和独立的见解。” 武雷微笑道。在4年多的博后工作时间里，武雷始终像一个战士一样，冲锋在科研第一线，探索着物理的奥秘。目前，他共完成60余篇高质量论文，1篇论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，多篇论文入选Web of Science数据库的高被引论文，论文总引用2000余次。
　　

致力科研 报效祖国

　　之所以能够坚持奋战在物理领域，并取得多项原创性成果，除了热爱，还有武雷要为我国科研发展出一份力的坚定决心。尽管国外有着优厚的科研条件，但武雷始终心系祖国。2017年，他谢绝了国外合作导师的多次挽留，毅然选择回国发展，武雷对国内的科研形势极为看好，他认为国家对科研发展的支持力度在不断加大，这对年轻科研学者来说，无疑是一个千载难逢的好机会，也会有更大的发展空间，供研究人员施展拳脚。
　　“如今，我国科研处在高速发展时期，需要更多的科研人员来支持，我只求脚踏实地，为我国科研发展做点实实在在的事。”武雷朴实的话语背后，是一颗对科研炽热的心，更饱含着他对祖国虔诚的爱。未来，他仍会无所畏惧，一路前行。