①提出d-wave自旋—軌道密度波為銥化合物Sr2IrO4提供了新的視角（圖為無序d-wave自旋—軌道密度波導(dǎo)致的Fermi arcs）

②提出軸子模型解釋EDGES實驗組反常信號（圖為QCD軸子對應(yīng)的參數(shù)空間）

③實驗室大廳

④中科院理論物理研究所所史墻（兩院院士）

⑤紀(jì)念愛因斯坦廣義相對論100年國際引力宇宙學(xué)會議暨第四屆伽利略徐光啟會議

⑥實驗室年終總結(jié)交流會

⑦用于求解統(tǒng)計力學(xué)問題的變分自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖示

⑧提出物理機制理解“悟空”暗物質(zhì)觀測結(jié)果

■本報記者 倪思潔

北京，中關(guān)村。中國科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)園區(qū)東南角，有一座看上去很普通的小樓。走進小樓，安靜而敞亮的天井里彌漫著淡淡的咖啡香味，時常有一些學(xué)者在這里駐足，端上一杯咖啡，或侃侃而談，或激烈爭論，或在黑板上默默演算，或倚在墻上若有所思……

這棟樓里，沒有大型科研儀器，也沒有試管交錯的實驗臺。如果不是樓外掛的牌子上寫著“中國科學(xué)院理論物理前沿重點實驗室”（以下簡稱理論物理前沿重點實驗室），人們很難將它與傳統(tǒng)意義上的實驗室聯(lián)系起來，更難以想到這里學(xué)霸云集——樓道里偶遇的那些人，每天都徜徉在大宇宙和小粒子之間，與國內(nèi)外同行進行著密切的合作和激烈的爭論。

不做“實驗”的實驗室

在中國科學(xué)院諸多重點實驗室中，理論物理前沿重點實驗室顯得有點“另類”。

“我們是‘不做實驗的實驗室’，當(dāng)然，這里的‘實驗’是要打引號的。”理論物理前沿重點實驗室主任、中國科學(xué)院理論物理研究所（以下簡稱理論物理所）所長蔡榮根笑著說。

做了30多年的理論物理研究，蔡榮根見證了理論物理研究范式的變化。作為物理學(xué)的基礎(chǔ)，理論物理沒有龐大且精密的實驗裝置。過去，研究人員依賴的“儀器”是“一張紙一支筆”，如今也不過是科研人員的頭腦和計算機。

“如果非要說做實驗，我們做得最多的就是思想實驗。”蔡榮根說。

正如伽利略推論“物體在不受力的影響時會永遠(yuǎn)運動下去”，愛因斯坦推論“光線在引力場中會發(fā)生偏折”，理論物理不少經(jīng)典理論的誕生，靠的都是紙、筆和科學(xué)家的智慧。

這樣的特質(zhì)，讓理論物理前沿重點實驗室注定與眾不同——沒有華麗的裝置，也沒有龐大的科研隊伍。

“實驗室固定成員不足40人，但這個團隊非常‘高精尖’。理論物理研究不在人多，而是需要頂尖的科學(xué)家。”理論物理前沿重點實驗室固定成員、理論物理所黨委書記馮稷說。

這里集聚了許多國內(nèi)理論物理學(xué)科的杰出人才。實驗室的固定成員全部是副研究員及以上級別，不僅如此，不少院士大家都曾經(jīng)或正在這里工作，如彭桓武、周光召、何祚庥、戴元本、郝柏林、蘇肇冰、于淥、張肇西、歐陽鐘燦、吳岳良、孫昌璞、向濤、蔡榮根……

不關(guān)大門的實驗室

每次走進實驗樓，周善貴的目光總習(xí)慣在雪白墻上八個藍(lán)色大字——“開放、交融、求真、創(chuàng)新”上停留片刻。這是2008年在理論物理所成立30周年之際，老所長周光召題寫的辦所理念。

1978年，在我國老一輩科學(xué)家和全國理論物理學(xué)界的共同努力下，經(jīng)鄧小平等中央領(lǐng)導(dǎo)批示，理論物理所正式成立。1985年，理論物理所成為中國科學(xué)院首批向國內(nèi)外開放的研究所之一。

依托理論物理所20多年開放辦所的基礎(chǔ)，2008年理論物理前沿重點實驗室成立，自然而然地繼承了理論物理所“開放”的基因。

望著“開放”兩個大字，周善貴的思緒時常會回到十多年前。2004年，周善貴辭去北京大學(xué)物理學(xué)院副教授一職，來到理論物理所做副研究員，并在2008年理論物理前沿重點實驗室成立后，成為實驗室最早的固定成員之一。

當(dāng)初，他做出這個決定，正是因為理論物理所的“開放”。“當(dāng)我還在北大攻讀博士學(xué)位時，就已經(jīng)享受到了這里開放帶來的福利。當(dāng)時，理論物理所的資料室是國內(nèi)特別好的資料室，大家都可以到這里來查資料。”

理論物理前沿重點實驗室成立后，這里更成了一個不關(guān)大門的地方。

訪問學(xué)者制度和各類訪問學(xué)者計劃逐漸建立完善。實驗室固定科研人員可以邀請訪問學(xué)者來訪，實驗室則會為這些訪問學(xué)者們提供旅費和生活補貼，實驗室主管負(fù)責(zé)來訪事宜的全程協(xié)助。

設(shè)立專項經(jīng)費支持國內(nèi)外優(yōu)秀博士后和博士畢業(yè)生。年輕的科研人員可以到實驗室參加各種學(xué)術(shù)活動，實驗室會資助他們旅費，并提供生活補貼。

2013年起，理論物理前沿重點實驗室設(shè)立開放課題，制定申請指南和管理辦法，面向全國征集開放課題項目。例如，自開放課題設(shè)立后，國內(nèi)引力物理研究群體開展了卓有成效的交流與合作，發(fā)起了“引力物理聯(lián)合討論班”活動，共組織了百余場學(xué)術(shù)報告。

2017年起，實驗室通過部署重大研究課題開展合作研究，由實驗室科研人員牽頭，組織國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科研力量進行攻關(guān)研究。

“我現(xiàn)在承擔(dān)著實驗室‘電弱對稱破缺機制’這個課題的攻關(guān)研究工作。”理論物理前沿重點實驗室固定成員舒菁說，“我們課題組目前有3位固定研究人員、4位博士后和12名研究生，在實驗室經(jīng)費的支持下，我們還邀請了一位國外的資深教授每年來研究所開展3個月的合作研究。”

不僅如此，理論物理前沿重點實驗室還通過實驗室年會、卡弗里理論物理合作交流平臺、彭桓武理論物理創(chuàng)新研究中心、前沿論壇、國際會議、交流互訪等形式，吸引國內(nèi)外杰出理論物理學(xué)家合作交流。

“我們每年春季都會舉辦實驗室年會，圍繞實驗室的一兩個研究方向，召集國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者前來交流工作。每年夏天，實驗室還會舉辦高級研討班和暑期學(xué)校，國內(nèi)所有科研機構(gòu)和高校的研究生都可以報名參加，堅持了十多年，培養(yǎng)了一大批學(xué)生。”理論物理前沿重點實驗室副主任周宇峰說。

在全國理論物理學(xué)者心中，理論物理前沿重點實驗室就像一個“學(xué)術(shù)之家”，而這個家的大門一直向國內(nèi)外同行敞開，讓實驗室內(nèi)外的科學(xué)家有了合作和切磋的機會。

不數(shù)論文的實驗室

理論物理前沿重點實驗室的管理人員曾統(tǒng)計過，從2014年到2018年，實驗室共發(fā)表SCI論文1667篇，被引頻次總計13610次，平均每年發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文300篇左右。但有趣的是，實驗室在考核評估科研人員時卻從不數(shù)論文。

每年，當(dāng)全國各地的實驗室都在年終考核時，理論物理前沿重點實驗室的科研人員會坐到一起，開一場特殊的“年終總結(jié)交流會”。實驗室里60歲以下的科研人員都會出席，每人15分鐘，介紹自己一年的工作。無論資歷高低，介紹時，報告人隨時可能被其他研究人員打斷和質(zhì)疑。

“沒有人會因為一年沒發(fā)一篇論文而受到指責(zé)，也沒有人會特意報告自己一年發(fā)了多少篇文章。寫文章對于他們來說不算難事，但他們的目標(biāo)是，文章寫出來要得到國內(nèi)外同行的認(rèn)可，要能真正推動理論物理往前走一步。”理論物理所科研處處長莊辭說。

獲得同行認(rèn)可才是科研人員的壓力所在。“到理論物理前沿重點實驗室來工作的人，都想真正做點事情，在科學(xué)研究上有成就，而不是僅僅發(fā)表幾篇論文。”蔡榮根坦言。

在這個不數(shù)論文、不看“帽子”的實驗室，每年的年終交流就像一場華山論劍，而考核評定就在學(xué)術(shù)委員會與科研人員高手過招的過程中完成。

“實驗室的人不多，只要跟他們聊上幾句話，就可以知道科研人員在思考什么問題、處于什么樣的狀態(tài)。”蔡榮根說。

這一科研評價方式是理論物理前沿重點實驗室的一大特色。“在這里，大家是為了真正把物理問題搞明白，而不是為了趕時髦、發(fā)論文，或做一些看起來很熱鬧的研究。”理論物理前沿重點實驗室固定成員易俗說。

由此，一些“冷門”科研方向得以“生長”。“回國工作13年，我只申請了兩次競爭性科研經(jīng)費，主要依靠中國科學(xué)院和實驗室的經(jīng)費支持。無序自旋玻璃理論在國內(nèi)依然是獨此一家，這樣的冷門學(xué)科研究也許只有在我們實驗室才能堅持下去。”理論物理前沿重點實驗室常務(wù)副主任周海軍說。

理論物理前沿重點實驗室在引進和培養(yǎng)理論物理新生代力量方面也有了優(yōu)勢。實驗室多個自主部署研究課題的負(fù)責(zé)人都是35歲以下的年輕人，讓他們能夠充分地發(fā)揮科研自主性，開展原創(chuàng)性探索性研究工作。“在這里，評價體系沒有一刀切，這對于想安心做科研的年輕人來說十分重要。”34歲的固定成員何頌說。

不甘現(xiàn)狀的實驗室

一般來說，中國科學(xué)院的重點實驗室通常聚焦單一的研究方向，但理論物理前沿重點實驗室不同。

這里的學(xué)術(shù)精英關(guān)注著該學(xué)科4個最重要的研究領(lǐng)域——粒子物理與粒子天體物理及核物理，弦論、引力理論與宇宙學(xué)，統(tǒng)計物理與理論生物物理，凝聚態(tài)物理與量子物理。

在粒子物理、粒子天體物理與核物理研究領(lǐng)域，15名研究人員聚焦物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)。近年來，他們在超越粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型研究、暗物質(zhì)、核結(jié)構(gòu)物理等前沿方向取得了多項重要成果。例如，他們發(fā)現(xiàn)了一種全新的“最大對稱性”，完美解釋電弱對稱性自發(fā)破缺的起源；首次提出在歐洲核子中心的大型強子對撞機上利用單噴注信號尋找主要成分是希格斯超對稱伴子的超對稱暗物質(zhì)；提出導(dǎo)致高能宇宙線電子能譜在傳播過程之后仍出現(xiàn)顯著結(jié)構(gòu)的兩種基本物理機制，發(fā)現(xiàn)可以通過測得的能譜結(jié)構(gòu)反推出源的時空分布，對“悟空”號暗物質(zhì)衛(wèi)星等實驗結(jié)果的理論研究起到引領(lǐng)作用。

在弦論、引力理論與宇宙學(xué)方向上，實驗室組織了10名研究人員進行探索。近年來他們發(fā)現(xiàn)宇宙暴脹后的重加熱過程能產(chǎn)生引力波；發(fā)現(xiàn)早期宇宙產(chǎn)生的原初黑洞的并合過程能產(chǎn)生引力波；突破性地得到一般場論中散射振幅的幾何描述并應(yīng)用到數(shù)學(xué)物理相關(guān)問題；首次實現(xiàn)CHY公式在場論框架內(nèi)的圈圖修正并推廣到標(biāo)準(zhǔn)模型、高階算符修正等新情況。

在統(tǒng)計物理與理論生物物理方向上，實驗室共有7名研究人員，在統(tǒng)計物理理論基礎(chǔ)、機器學(xué)習(xí)統(tǒng)計物理、自旋玻璃理論、消息傳遞算法、軟物質(zhì)物理、基因調(diào)控機制、多尺度模擬方法等多個問題的研究中取得了一系列重要成果和進展，被《自然》《科學(xué)》《美國科學(xué)院院刊》《現(xiàn)代物理評論》等刊物多次引用。

在凝聚態(tài)物理與量子物理方向上，7名科研人員聚焦強關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)、外場中的原子分子、冷原子物理、人工量子器件以及量子光學(xué)等前沿課題。他們提出了在光學(xué)腔實現(xiàn)自旋軌道耦合原子氣體的方法；在自旋系統(tǒng)中率先提出了外爾磁子的概念；發(fā)現(xiàn)了銥氧化物的奇異量子物態(tài)；給出了自旋玻色子模型在熱力學(xué)極限下的動力學(xué)行為等。

“目前，這4個研究方向是國內(nèi)理論物理學(xué)科領(lǐng)域的主要研究方向，也是國際理論物理學(xué)界重點研究的方向。”蔡榮根介紹。

不僅如此，理論物理前沿重點實驗室在支持自由探索的同時，還主動服務(wù)國家戰(zhàn)略需求，為大科學(xué)裝置的設(shè)計、建造和運行提供理論支撐；積極承擔(dān)國家重大科技任務(wù)和科研項目，2014年至2019年共承擔(dān)國家級科研項目150多項。

雖然目前實驗室在原始創(chuàng)新和服務(wù)國家創(chuàng)新需求方面成績斐然，但并不因此自滿。“我們計劃在現(xiàn)有4個研究方向的基礎(chǔ)上，進一步凝練學(xué)科方向，加強學(xué)科交叉。”蔡榮根說。

前不久，理論物理所與中科曙光開展合作，成立了“理論物理先進計算聯(lián)合實驗室”，開展高性能計算的軟件開發(fā)和應(yīng)用研究。蔡榮根介紹，未來隨著學(xué)科發(fā)展，高性能計算可能會納入理論物理前沿重點實驗室的研究方向，“隨著條件的成熟，我們將會對研究方向進行進一步調(diào)整”。

自誕生之初，老一輩科學(xué)家就對理論物理前沿重點實驗室抱以期許——成為“中國理論物理研究中心”。

如今，初心仍在。“我們的目標(biāo)是要把我國理論物理的旗幟扛住，對得起老一輩科學(xué)家，對得起學(xué)科發(fā)展，對得起全國理論物理同行的期待。”蔡榮根說。

千金易得 知音難求

“很多同行是不敢到我們這里來作報告的。”理論物理前沿重點實驗室主任蔡榮根開玩笑說，“因為一不小心就會下不來臺。”

在理論物理前沿重點實驗室，報告人的報告如果有不嚴(yán)謹(jǐn)之處，聽眾會在臺下直接打斷并提出質(zhì)疑。

在很多人看來，這似乎有些“不留情面”，但這卻是理論物理前沿重點實驗室的一種文化傳統(tǒng)。“挑刺”與“被挑刺”也是理論物理學(xué)家工作中的樂趣之一。

負(fù)責(zé)實驗室管理工作的中國科學(xué)院理論物理研究所科研處處長莊辭，也曾是一位理論物理學(xué)的科研人員，她用自己的親身體會告訴《中國科學(xué)報》：“做理論物理的人，不怕被‘挑刺’，而怕‘沒人懂’。”

“報告作完之后，如果大家都沒聽懂，沒有一個人提問，那才真是落寞。”莊辭說。

不過，在精英云集的理論物理前沿重點實驗室，這種落寞不會出現(xiàn)。在切磋中前進、在合作中共贏，是這個實驗室每位科研人員都在做的事。

對于青年研究人員何頌來說，切磋與合作時常讓他頗有成就感。何頌做的是弦論、量子場論研究。2015年回國前，他曾在美國普林斯頓高等研究院和加拿大圓周理論物理研究所做聯(lián)合博士后。

“回國后，我沒有選擇去待遇更高的高校，而是來到這里，就是因為我的研究方向上的同行并不多，而在這里，和我同一年被招進來的同事里，就有3個人都是做這個方向的。進入實驗室后，我們很快組成了一個小團隊。如今，這個小團隊的研究水平在國內(nèi)乃至亞洲已達(dá)到領(lǐng)先。”何頌的話語中透露出一絲自豪。

如果說，物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，那么，理論物理學(xué)可謂“基礎(chǔ)的基礎(chǔ)”。在曲高和寡的理論物理領(lǐng)域，實驗室的同事們對于彼此來說，更像一種知音般的存在。

“理論物理學(xué)科難度大、內(nèi)容艱深，能夠跨過門檻做理論物理的人都是非常聰明的，而理論物理前沿重點實驗室正是聚集了這樣一群聰明人。所以在這里，研究人員講的東西，永遠(yuǎn)都有人能懂，都有人能提出創(chuàng)造性的建議，如此一來，每個人都能感覺到自己工作的價值。”莊辭說。

小而精的理論物理前沿重點實驗室，像磁石一般吸引著全國理論物理學(xué)界的人才。“高手喜歡和高手在一起，就像下棋一樣，棋逢對手才好。”蔡榮根說。

（倪思潔）

中國科學(xué)院理論物理前沿重點實驗室簡介

中國科學(xué)院理論物理前沿重點實驗室于2008年依托中國科學(xué)院理論物理研究所正式成立，屬于基礎(chǔ)理論類實驗室。

實驗室定位為：依托中國科學(xué)院理論物理研究所，面向科學(xué)前沿，面向國家大科學(xué)工程，堅持“開放、流動、競爭、聯(lián)合”的方針，聯(lián)合全國理論物理學(xué)工作者，聚焦理論物理核心問題研究，促進交叉學(xué)科發(fā)展，為國家大科學(xué)工程提供引領(lǐng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，成為國際一流水平的“基礎(chǔ)研究中心、人才培養(yǎng)基地、學(xué)術(shù)交流平臺”。

實驗室圍繞粒子物理、粒子天體物理與核物理，弦論、引力理論與宇宙學(xué)，統(tǒng)計物理與理論生物物理，凝聚態(tài)物理與量子物理4個研究方向開展研究工作。