Faculty of Science, The Chinese University of Hong Kong (CUHK) - 朱明中 教授 (物理系)

中大理学人

研之成理:
厚德载物 —— 从理论物理到推广基础物理研究 

 

朱明中 教授

物理系 

 

厚德载物 —— 从理论物理到推广基础物理研究
步入朱明中教授的办公室,映入眼帘的是一片翠绿的植物、墙上大大小小的书法,以及数之不尽的书籍,整个环境难以令人联想到朱教授所研究的是粒子物理。从求学到1995年加入中大后,朱教授一直研究理论物理;然而到今时今日,大家对于朱教授更深的印象,是他和团队进行有关粒子的研究,以及他对天文物理的热爱。原来当年的一个大胆决定,除了令朱教授在研究事业的方向作出极大的改变,更令日后香港的粒子研究科研团队成为亚太地区核心成员,走在基本粒子物理研究的最前沿。

 

机缘巧合的研究转捩点
2003年12月,来自加州大学柏克莱分校 (UC Berkeley) 的友人陆锦标教授回港与朱教授聚旧,闲聊中提到全世界研究中微子 (Neutrino) 的最佳地点,原来正是距离尖沙咀约50公里、自1994年开始运作的大亚湾核电站 (下称「大亚湾」) 。对比当时国际间用作反应堆测量中微子实验站的候选地点,大亚湾所设的高功率反应堆体及靠山的地理结构更胜一筹。大亚湾的岩石质量适合开挖地下隧道及建造三个容纳多个探测器的地下实验大厅,提高实验的准确性。而地下实验大厅可以屏蔽自然背景辐射中宇宙射线的干扰,避免影响实验的精确性。

在此之前,朱教授从未想过在香港邻近地区,原来也符合进行粒子物理实验的条件。本身从事理论物理研究的他,觉得应捉紧这个近水楼台的优势,因为这正正是香港发展粒子物理研究的机遇。于是,朱教授和陆教授从全球召集从事中微子研究的科学家,讨论参与相关研究的可能性,而政府对这项建议的支持,也为开展核电站实验提供极大便利。在天时地利人和皆备的条件下,朱教授带领中大及其他本地团队参与大亚湾反应堆中微子实验至今。回想起当年的一个大胆决定,当中所牵涉的庞大人力物力,还有他毅然改变事业航道,令他坚持下去的就是一份强大的信念。

「基础物理研究是非常重要,如果香港的团队有幸对基本粒子物理研究作出贡献,无论过程多么辛苦也是值得。香港团队过往未有相关研究的国际大型合作经验,今次的贡献足以证明香港科学家的能力,无庸置疑是一份认同。」

自2004年筹划实验起,朱教授作为香港实验组的首席研究员,其团队在大亚湾中微子实验贡献良多。大亚湾合作组至今发表多个中微子实验结果,包括高准确度的中微子theta-13「混合角」(mixing angle),「惰性中微子」(Sterile neutrino) 的搜寻结果等。中微子物理对宇宙演化至关重要,甚至可能是为什么宇宙中反物质如此之少的关键,这是我们世界存在的必要条件。

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朱教授与中大物理系学生摄于大亚湾核电厂地下实验室,图后是设有四个反中微子探测器的水池

 

向世界出发
团队在项目的贡献获合作组内其他成员的赏识,主动邀请团队加入欧洲核子研究组织 (CERN) 进行合作实验。在2014年,朱明中教授带领由中大、香港大学及香港科技大学物理学家组成的队伍,加入 CERN 的 ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) 合作组研究团队之一,参与最前沿粒子撞击实验,令香港粒子物理学家跻身国际科研舞台。在 CERN 的国际大型合作中,不单是当中的粒子物理研究吸引着朱教授,还有的是来自不同国家的科研人员均因科学研究而放下歧见,打破界限和隔膜。即使他们的国家在政治上处于敌对状态,但在 CERN 的环境中,每个科学家也为了最前沿基本粒子物理研究而将俗世事暂且放下。这份单纯对科学知识的探求、全心全意对开辟新物理模型的热诚,给朱教授留下深刻印象。

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朱教授与中大物理系学生摄于 CERN 的大型强子对撞器其中一个大型实验探测器--超环面仪器 (ATLAS detector)

 

重视培训物理人才
不论是前沿的粒子物理,或是其他的基础物理研究,虽然其成果在未来数十年未必在实际生活中应用,但在探索期间却会带来新的技术。例如科学家从基础科学研究中研发出激光,如今已转化为多种民用器材。前沿的粒子物理或需花上数十甚至上百年,历尽几代科学家的努力才取得重大突破;因此,培训人材传承研究工作任重道远。

中大物理系其中一项对本科生最吸引的活动 -- 于2016年暑假起开始所举办的游学团,正是朱教授作为其中一位牵头人,迄今已是第四届 (按:因新型冠状病毒肺炎肆虐全球,本年度的游学团被迫取消)。与一般的暑期交流不同,除了中大理学院的本科生,对物理感兴趣的中学生也能一同参加。作为其中一位主要统筹者,朱教授回想几年来,与同事梁凯迪博士梁宝建博士曾经齐齐化身旅行社领队,亲力亲为帮学生打点交流团事宜,当中包括计划行程、担任「保姆」,甚至因为美国某内陆机只能透过长途电话预订机票,朱教授惟有在凌晨二、三时设置闹钟起床抢机票,为的便是让参与游学团的学生能亲临著名大学及各科研设施,跟不同国籍的前线研究人员,包括中大物理系旧生交流接触,了解最前线的研究生活之余,亲身参与国际大型科研合作实验作体验式学习。同学在回港后,亦要就交流提交相关报告和进行汇报,巩固所学。除了知识上的得着,朱教授觉得交流团更能锻炼学生在团队合作、表达交流等能力,对日后各方面的发展都有所裨益。纵然交流团繁琐事万千,但当朱教授娓娓道出学生的得着时,面上总挂着一丝微笑,或许这就是「俯首甘为孺子牛」的写照。

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朱教授、中大物理系及香港资优教育学苑的学生参观 CERN 的紧凑缈子线圈实验

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学生在中大物理游学团期间,在 CERN 制作观察宇宙射线的云雾室

 

将研究成果转化成 STEM 教育
近年来,学术界强调高等院校的研究成果需转化为非学术效益 (Impact)。朱教授的基础物理研究短时间内或许未能在实际生活中应用,然而他着手筹办一系列的 STEM 活动,旨在发挥现时已有的非学术效益。在2019年,朱教授的「利用高能粒子撞击研究物质的基本结构」研究便获教资会「卓越学科领域」获拨款约7,800万港元。一方面,他善用项目中获得的最新数据,并参考 CERN 中「Masterclasses」外展教育的模式加以改良,为本地的学生提供一个直接参与基础科学研究的渠道。同时双管齐下,为中学的数理老师提供相关培训,让学生在活动中透过「动手做」运用所学的跨学科知识,并培训他们的创意、解难、应用创新科技、协作等能力,装备急速科学及科技发展所带来的转变和新挑战。朱教授慨叹道:「香港学生其实非常『醒目』,如果可以在常规课程外同时培养他们的科学精神,相信整体人才培训的效果更为理想。」

 

「不忘初心」
加入中大超过四份一世纪,朱教授刚于2020年8月出任物理系系主任一职。除了卓越的研究成果,他在中大开办和教授的多个物理和通识课程,多年来口碑载道;除了学科知识的传授,他更与学生打成一片,深受学生爱戴。而朱教授对年青教研人员分享的心得,正是出自佛家宝典《华严经》中的「不忘初心」。

朱教授亦指出现在于大学从事教研工作,每一方面均有相应的客观评估作监察,对于新入职、未获终身教席的教研人员的确有一定压力,然而身处瞬息万变的年代中,最可靠的往往就是自己的信念;即使在短时间内可以应付到一定要求、完成量化的目标,但要问问内心是否快乐、有没有享受当下,绝不能为了迎合无尽要求,扭曲甚至放弃自己原有的想法。他举例说,即使每年的教学评分 (Course and Teaching evaluation) 对于自己的升迁有所影响,也不应以讨好学生作为手段。最重要的还是对学生的真诚,朱教授觉得中大的学生绝对能感受到老师的付出。

从事科研工作是一项终身事业,只着眼短暂的利害也许只会局限了自己的发展。正如朱教授分享中提及的「不忘初心」,在《华严经》中的下一句正是「方得始终」,只有坚持信念,才能找对工作、甚至人生的方向。


文:熊思敏  |   编辑:宋嘉恩