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平均22岁!国科大教授带领本科生发现新粒子 | 温哥华教育中心
   

平均22岁!国科大教授带领本科生发现新粒子

“实际上,本科生只要专注、努力,做得不比研究生差。”何吉波补充说,而且本科生没有发表论文才能毕业的压力,更能胜任开拓性工作。


“科研要趁早”

何吉波大胆决定,带领本科生参与国际前沿科研工作。“我通过实践发现强子谱学研究是比较适合本科生的领域,对LHCb实验硬件和软件熟悉程度的要求不那么高,因此本科生在建立起整体的物理图像后就可以相对独立地开展工作。”这是何吉波深思熟虑的结果。

对刚刚踏入大学校园的本科生而言,这无疑是绝佳的科研“训练场”。

谈起与LHCb的缘分,韩书钰的思绪被拉回2023年夏天。当时,了解到LHCb实验正在升级,“探测效率将有所提高,有可能发现此前难以发现的新粒子”,她果断加入何吉波的团队。

然而,要想在国际前沿科研项目里做出点成果,没有过硬的专业知识,无异于纸上谈兵。经过文献调研,韩书钰逐渐掌握了LHCb实验流程、相关理论知识和ROOT(粒子物理数据分析通用软件)编程技巧,又在何吉波指导下,“啃”下了几本厚重的技术手册。

很快,她迎来了全新的挑战。

“触发系统是为了在LHCb探测器中海量的质子-质子碰撞事例里挑选感兴趣的进行保留,也是数据得以保存下来的基础。”韩书钰告诉《中国科学报》,由于整个实验的数据存储带宽受限,凡是没有通过触发系统的事例,都会被直接舍弃。

同时,作为双粲重子的重要衰变末态,单粲重子更容易被触发系统识别,但当时的触发条件为了满足带宽要求、控制数据流量,常常“一刀切”地剔除部分信号,影响了双粲重子的重建效率。

因此,在探测器升级完成、开始采集新的物理数据前,他们决定开发基于机器学习的单粲重子触发算法,为提升双粲重子的重建效率奠定基础。

这项重任落在了韩书钰头上。“触发算法是一个全新的领域,并非单独运行某个程序,而是一个完整的配置和调试系统。”她犯了愁,这种难题只靠自己几乎是不能解决的。

在和LHCb经验丰富的同事沟通后,她在本科期间着手开发了基于机器学习的粲重子触发算法。“在高效保留单粲重子信号事例的同时,将本底压低至10%至30%,减轻了探测器数据存储压力。”

“科研要趁早。”回望这段特殊的历程,韩书钰无比感慨,“边学边做,反而能实现‘1+1>2’的效果。”

迈向下一座高峰


2023年,LHCb探测器升级改造完成,何吉波又开始忙碌起来。

“如果把高能物理实验探测器比喻成‘数码相机’,那LHCb升级后的探测器就是每秒能拍4000万张照片、价值数亿元人民币(专题)、全球独一台、超快超贵超精密的‘数码相机’。”何吉波打了个比方,升级后仍需要大量调试工作,才能让其硬件和软件都达到设计指标。

这是一项繁杂的工作,凝聚了全球上百名科学家的汗水和心血,其中就有何吉波和3名本科生。

2020年,国科大物理科学学院2018级本科生张丹熠加入团队,完成了LHCb运行二期数据中单电荷双粲重子搜寻的更新工作,包括事例选择的重新优化、增加新的衰变道、开发出数据合并算法等,为利用2024年新的物理数据发现双粲重子奠定了基础。

“韩书钰开发了基于机器学习的单粲重子触发算法,对新探测器中‘克隆’粒子去除、单电荷双粲重子质量精确测量等有重要贡献。”何吉波表示。

2024年夏天,作为CERN暑期学生,中国科学技术大学2021级本科生张淋诺为改进探测器校准提供了重要输入,对利用2024年数据研究双粲重子作出重要贡献。



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