人才汇聚，筑巢引凤-物理学院科研团队系列报道| 尤郑昀教授研究团队专访
物理学院科研团队系列报道专题
编者按：2017年以来，物理学院在“双一流”建设中砥砺奋进，铿锵前行。为此，学院首先策划了“人才汇聚，筑巢引凤——物理学院科研团队系列报道”，集中深入地报道我院近三年科研团队的重要科研成果和重要科研贡献，通过宣传学院科研人员（团队）自觉创新、服务学院的成功经验和先进事迹,更好地激发科技创新的活力，凝心聚力建设“双一流”。
粒子物理实验前沿领域探索
——尤郑昀教授研究团队专访
粒子物理
粒子物理通过理论和实验手段研究物质世界的基本组成和宇宙起源，是人类对自然界探索最前沿的领域。
以加速器为代表的粒子物理实验是典型的大科学工程，主要依靠政府战略规划与投资，同时也是大型国际合作的典范。中国的高能物理学在最近十几年得到了飞速发展，而下一代高能粒子对撞机的建设，将有望使中国占据世界物理学研究的最前沿。
团队介绍
尤郑昀教授研究团队主要从事高能物理实验方面的研究，围绕粒子物理实验中高能量和高强度两个前沿，参与国内BESIII、JUNO以及国外的CMS、Mu2e、PHENIX等大型国际合作项目，在数据处理、物理分析、计算机模拟等方向开展了一系列工作，发表合作组论文一百多篇。
尤郑昀教授2015年入选中组部第十一批“千人计划青年项目”并加入中山大学物理学院。目前，科研团队有一名科研助理，两名博士生，两名硕士生，并指导十多名本科生的科研训练。在参与粒子物理国际合作项目中，团队与北京大学、中国科学院大学、中科院高能物理所、瑞士欧洲核子中心、美国费米国家实验室、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室等世界著名科研机构保持密切的合作与交流。
主要研究成果及其应用价值
1
高能量对撞机实验研究物质基本组成和宇宙起源
人类对物质微观结构的了解，伴随着一系列以高能加速器和对撞机为代表的实验逐渐深入。随着加速器的发明及其能量的不断提高，人类从上世纪初的原子/原子核时代，进入了基本粒子时代，建立了以夸克、轻子和相互作用玻色子为基本组成的标准模型理论，成功解释了人类目前所了解的微观物质世界的大部分实验现象。
图2.LHC和CMS。
左图：欧洲核子中心大强子对撞机LHC鸟瞰
右图：CMS实验中一个Higgs粒子候选事例的显示。
在高能量前沿领域，尤郑昀教授先后参与了美国布鲁克海文国家实验室（BNL）相对论重离子对撞机（RHIC）上的PHENIX实验、瑞士欧洲核子中心（CERN）大强子对撞机（LHC）上的CMS实验以及北京正负电子对撞机国家实验室（BEPCII）的北京谱仪实验（BESIII）。
PHENIX实验通过金-金原子核的高速对撞，重现了宇宙大爆炸初期物质世界所处的高温高压高密度状态。在PHENIX实验中，尤郑昀教授参与了灵敏位置硅微条探测器的设计、建造与安装，在项目中领导了探测器的性能设计与相关物理目标的计算机模拟，以及数据处理软件的开发。在物理分析中，通过对重味介子衰变次级顶点位置的精确测量，进一步研究了夸克-胶子-等离子体中重味夸克（粲夸克和底夸克）的产生机制、流动性、粘滞性等一系列物理特征，为更好理解宇宙大爆炸早期物质的形成提供了实验结果。
图3.研究团队参与的PHENIX实验。
左图：PHENIX中相对论重离子对撞的模拟
右图：寻找夸克-胶子-等离子体中来自重味介子B衰变的J/Psi粒子并确定其成分。
CMS实验是目前高能量前沿最重要的实验之一，运行在世界上能量最高（13TeV）的加速器大强子对撞机上。2012年CMS和ATLAS两个实验成功发现了标准模型中最后一个粒子，即赋予所有粒子以质量的希格斯玻色子（上帝粒子），从而使希格斯和恩格勒分享了2013年的诺贝尔物理学奖。尤郑昀教授2017年带领中山大学加入CMS合作组，参与CMS实验二期端盖GEM探测器的升级，以及标准模型的精确检验、新物理寻找等方向的一系列物理分析工作。
图4.研究团队参与的北京谱仪III实验（左）和CMS实验（右）的探测器。
北京谱仪实验是目前唯一由中国主导的高能对撞机实验，运行在4GeV左右的粲夸克能区，以强子物理研究为主，近年来产生了一批超出预期的新成果，引起国际广泛关注。其中，四夸克态粒子候选者Zc(3900)的发现，被美国物理学会评为2013年世界物理学十一大进展的首位。尤郑昀教授自2002年BESIII项目概念提出阶段起就参加了实验，先后负责了缪子鉴别器的设计、模拟与重建，离线软件中的探测器几何设计，事例显示软件开发等工作。目前尤郑昀教授带领中山大学BESIII团队，继续实验中的软件与分析工作，集中在以粲重子、粲介子衰变模式的精密测量等相关反应道的物理分析上。
2
高强度实验寻找新物理的突破
高强度前沿方向是探索超出目前标准模型理论新物理的另一有力工具。相比于耗资巨大的对撞机实验，高强度前沿实验另辟蹊径，不再一味追求能量的提升， 而是通过提升束流强度来提高事例数据的统计量，从中寻找新物理所预言的极稀有过程并测量其参数。在相对较小的投资下，高强度实验有时能够发现出人意料的成果，从而带来对整个理论框架的突破。比如中微子振荡现象的发现，就是当前粒子物理标准模型所无法解释的。
在高强度前沿方向，尤郑昀教授团队参与了广东江门地下中微子实验（JUNO）以及位于美国费米实验室的缪子电子转化实验（Mu2e）。目前这两个实验均处于设计建设阶段，预计3~4年内开始运行。
图5.研究团队参与的高强度前沿实验。
左图：JUNO探测器
右图：Mu2e实验及其所在的美国费米国家加速器实验室。
江门中微子实验将测量以中微子三代质量排序为首的一系列物理目标。在JUNO实验中，尤郑昀教授团队则负责现场事例快速重建系统的搭建，并主导离线软件几何、事例显示与事例重建算法开发等工作。
带电轻子味破坏（CLFV）是目前很多新物理模型所预言可能发生的稀有衰变之一，若证实其存在，将是对现有物理理论的重大突破。通过高强度的缪子源产生大量缪子事例，观测其中超出标准模型的禁戒衰变，如无中微子电子光子衰变，缪子电子转换等过程，是尤郑昀教授2011年以来在CLFV上的主要工作方向，包括MEG与Mu2e实验。其中在瑞士PSI运行的MEG实验，2016年公布了4.2X10^-13的CLFV测量上限值，是该领域目前世界上精度最高的实验结果。而建设中的Mu2e实验，则有望将测量精度再提高四个数量级，达到10^-17量级。尤郑昀教授团队2016年代表中山大学加入Mu2e合作组，是目前唯一来自中国的团队。
图6.MEG实验对CLFV上限的精确测量。
左图：mu→e+gamma候选事例显示
右图：确定信号区间的事例数及置信度。
展望未来
在科研上，团队希望扩大博士后和特聘研究员队伍，提高软硬件实力，通过各种国际合作实验，尽快提升中山大学在高能物理领域的国际知名度。同时也通过经验的积累，努力为中国成为世界高能物理领域的中心作贡献和准备。
在人才培养上，希望吸引更多的优秀本科生加入高能物理实验领域，培养高水平研究生，充分利用所参与的国际合作项目，为每个有志于从事科研事业的学生提供国际交流的机会，开拓国际视野，并进一步推荐他们进入国际国内一流大学和顶尖科研机构深造。
尤郑昀 教授
主要经历
海外工作经历：
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室 博士后 2008-2011
美国加州大学欧文分校 项目科学家 2011-2015
教育经历：
北京大学 物理学 学士 2002
北京大学 粒子物理 博士 2007
学科方向
所在学科: 粒子物理实验
研究方向: 高强度前沿物理、高能量前沿物理、数据处理技术
欢迎对粒子物理实验感兴趣的本科生、硕士/博士生、博士后及专职科研人员加入研究团队。
荣誉获奖
2015年入选中组部第十一批“青年千人计划”
2014年入选中山大学百人计划二期
2013年获美国费米国家实验室访问学者奖学金
代表论著
C. Aidala et al. (PHENIX Collaboration) "Measurements of B→J/ψ at forward rapidity in p+p collisions at √s=510 GeV", Phys.Rev. D 95 (2017) no.9, 092002
A.M. Baldini et al. (MEG Collaboration) "Search for the lepton flavour violating decay μ+→e+γμ+→e+γ with the full dataset of the MEG experiment", Eur.Phys.J. C 76 (2016) no.8, 434
Fengpeng An et al. (JUNO Collaboration) "Neutrino Physics with JUNO", J.Phys. G 43 (2016) no.3, 030401
Adare et al. (PHENIX Collaboration) "Quadrupole Anisotropy in Dihadron Azimuthal Correlations in Central d+Au Collisions at √sNN=200 GeV", Phys.Rev.Lett. 111 (2013) no.21, 212301
J. Adam et al. (MEG Collaboration) "New constraint on the existence of the μ+→e+γ decay", Phys.Rev.Lett. 110 (2013) 201801
编辑：张若琪