大家好！非常荣幸、也非常高兴能够来到“格致论道”基础科学专场，向大家介绍粒子物理研究的内容、目标，我国粒子物理发展的现状，以及未来的计划。我还将结合自己的研究经历，和大家聊一聊研究过程中的一些体会。
我们知道，世界万物的构成是一个古老的哲学命题。2000多年前，亚里士多德、左丘明等哲学家都研究过“物质世界如何构成”，最后他们不约而同地得出了一个结论：物质是由一些最基本的单元构成的。亚里士多德说世界万物由水、气、火、土还有以太构成，我们中国人说构成元素是金、木、水、火、土。这些实际上都是哲学思考。
近代科学告诉我们，物质世界确实是由一些最基本的元素构成的。这就是我们大家非常熟悉的元素周期表，有100多种元素。经过200多年的研究，我们又有了更深层次的认识，物质世界其实是由更基本的基本粒子构成。
基本粒子看不见、摸不着，我们怎么研究？主要通过各种实验手段，使用各种仪器拓展人的感知能力。中国著名高能物理学家赵忠尧先生在正电子的发现中起过非常重要的作用，左边这张图就是一张正电子的照片。中图的粒子叫反西格玛负超子，是20世纪50年代王淦昌先生领导的合作组在苏联发现的。右边这张是在北京正负电子对撞机上看到的J/ψ粒子，丁肇中先生在70年代发现了它。
经过从50年代到现在大约70多年的努力，我们现在对基本粒子的世界有了非常清楚的认识。如果把它比作“砖块”的话，在60年代的时候，我们就认识到构成整个基本粒子的世界其实非常简单，3个夸克。1974年，丁肇中和B.里克特发现了J/ψ粒子，这就告诉我们存在第4种夸克。在这之后，我们又发现了第5种夸克和第6种夸克，这里面很多人因此获得了诺贝尔奖。
还有一大类叫做轻子的粒子，其中最简单的就是大家都知道的电子。电子是基本粒子家族中第一个被发现的，虽然那时我们并不知道它在整个基本粒子的世界中起着怎样的作用，但现在我们知道它是轻子世界最轻的粒子。在电子之后，我们发现了相对更重一点的轻子，我们把它叫做μ子。除了质量要更重一点，它的性质跟电子完全一样。
20年以后，我们发现还有一类轻子，它跟电子几乎是对应的，但电荷不一样、性质不一样，我们把它叫做电子型中微子。
大家看到第1代、第2代、第3代，自然会问有没有第4代。1989年到1990年，在欧洲核子中心大型电子正负电子对撞机和美国SLAC直线对撞机上，我们发现整个粒子物理的世界只有这3代，没有第4代。这件事情很奇怪，但也让基本粒子的世界变得非常简单。也就是说12种基本粒子构成了整个物质世界，它比我们的元素周期表更加清晰、简单。
除了“砖块”，我们还需要有“水泥”。就像我们盖房子一样，除了有砖之外，我们还得把这些砖黏起来。描述这些“砖块”之间相互作用的，我们叫做相互作用的粒子。相互作用的粒子有几大类，一类是光子，它传递电磁相互作用。大家中学里学过的麦克斯韦方程就描述了电磁相互作用，那么它传递相互作用的粒子就是光子。
应该说粒子物理标准模型是人类文明发展史上的一个丰碑。到目前为止，定量地来说，大概还没有比它更加成功的理论。所有理论的预言和实验相比较，其差别小于千分之一，个别地方到了万分之一的精度。也就是说，目前我们还没有看到有违反这一理论的任何定量的迹象。
但非常可惜，所有这些重大发现，包括大约二三十个诺贝尔奖都跟中国人没有太大关系。这也是为什么80年代，小平同志决定要建设北京正负电子对撞机。我们要追赶国际高能物理的发展步伐，希望通过建设这样一个大型装置带动国际合作，推动中国70年代末80年代初的改革开放。另外一个目的是打破国际对中国的各种禁运，对各种设备、技术的封锁。
最近这些年，我们在中微子研究领域也做出了一些重要的成绩。刚才介绍了12种最基本粒子，其中有3种中微子，应该说在整个构成物质世界的“砖块”中起了非常重要的作用。中微子有一个非常特殊的性质，就是在飞行当中，一种中微子可以变成另外一种中微子：比如电子中微子产生以后，在飞行的过程当中可以变成μ子中微子，然后再变回来。
粒子物理未来最重要的发展方向其实在希格斯粒子。刚才提到，希格斯粒子是我们最后发现的基本粒子，虽然它被发现了，我们也测出了质量，但是还有一些基本的问题等待回答。比如我们无法确定希格斯粒子到底真的是基本粒子，还是一个复合型的、由两个更基本的粒子构成的粒子。希格斯粒子在标准模型中赋予了所有其他粒子质量，但是它自身的质量是哪儿来的？理论本身无法给出解释。
高能物理或者说粒子物理有很多的技术应用，最直接的应用就是同步辐射装置。我们现在正在怀柔建设北京高能同步辐射光源，2025年会建成。它对国内其他领域的研究，包括材料、化学、生物、地质、环境，凝聚态物理等都会起到非常重要的作用，也是实现国际领先必不可少的手段。
理解神奇美妙的粒子物理世界，是人类文明发展最高端的标志之一，简单美丽的标准模型目前产生了20多个诺贝尔奖，但这显然不是终点，还有很多问题需要我们解决。中国应该对人类的文明做出贡献，我们大亚湾中微子实验、北京谱仪等取得了一些成绩，接下来的江门中微子实验和大型正负电子对撞机会使我们的梦想成真，走到世界前列，对人类文明做出更大贡献。同时粒子物理也会给我们带来各种各样的应用。