吕晓睿：为学生打开物理之门
刘卉(国科大记者团成员）
2008年，刚在日本取得博士学位的吕晓睿回国，碰巧遇到前一年刚从美国回来的郑阳恒教授，正在中国科学院研究生院（国科大前身）组建一个新的粒子物理实验课题组。在组建新课题组这样未知的挑战中，风险与机遇并存，吕晓睿综合考虑后随即决定加入当时郑阳恒教授的团队，这便是现在的国科大粒子物理实验团队。
如今，吕晓睿已成为国科大物理科学学院的教授、至今最年轻的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组联合发言人，以及一位从不拖延学生消息的“秒回导师”。时隔多年，谈起当时的决定，吕晓睿更是感慨来到国科大“入股不亏”。
从助教做起，追求启发式教学
刚回国，吕晓睿就积极关注教学，他很快发现当时研究生院开设的实验课内容和最新的研究进展存在一定程度的脱节。而他自己在读研学习过程中使用的一些重要工具和方法，在现有的研究生课程中都没有体现。想起自己曾经艰辛的自学经历，吕晓睿萌生了要开设和实际科研更接轨的实验课程的想法。“很感谢当时郑阳恒教授的鼓励，也很感谢学院开放、开明的态度。”最终，吕晓睿独立开设了两门新课：物理研究中的计算机方法和实验模拟与数据分析工具。他把实际做粒子物理实验方向研究的最先进方法放在课堂上跟学生们讲，然后安排上机、练习和作业，方便学生们更好上手后续的科研工作。
2014年国科大开始本科招生后，吕晓睿更多地投入本科生教育。虽然已经有了近5年给研究生上课的经验，但吕晓睿对于本科生的教学还有些“吃不准”。于是他主动向物理科学学院的其他老师自荐，做了4年助教。他给郑阳恒老师的原子物理学、林晓老师的热学等课程都做过助教。
吕晓睿在北京谱仪Ⅲ实验控制室
在吕晓睿看来，在答疑、批改作业等常规工作以外，助教也可以成为一个更主动的角色。不仅课后常常和学生交流，吕晓睿在习题课上也别出心裁。以讲清楚主讲老师布置的习题为前提，吕晓睿会梳理每个章节概要，给学生提供一个清晰的知识框架。在习题课的末尾，吕晓睿会和学生们交流这门课实际的科学进展，并联系到当前的科学问题。“我希望在和学生交流的时候，不仅只是去提供一些做题思路，而是让这门课对学生有启发。不光对他自己专业学科的学习有启发，而是能够对他如何去建立科学思维、优化认识世界、理解世界的方法有些帮助。”在吕晓睿看
来，比起办公室和家两点一线的、只追求发文章的科研生活，把他了解到的一些 新东西直接分享给这些年轻的学生更有乐趣和意义。
经过4年的沉淀和准备，2018年吕晓睿开始主讲本科生的原子物理学课程。但许多选修这门课程的同学在期中考试的时候都会经历一次“大跌眼镜”。“他们以为记住公式就行了，但是我考试时关注的其实是：这些公式怎么演化来的？物理图像是什么？”吕晓睿因此会降低期中考试占比，给同学们一个卢瑟福公式在考试时都会整齐地出现在试卷首页；虽然常常有随课堂测验，但只是为了考察课堂效果，不扣分；最重要的是，他们可以像听故事一样，学习物理学的演变和发展。
吕晓睿为本科生讲授原子物理学课程
“我们想让学生们不仅是在学物理，更多的是在经历物理。我们希望培养一些未来的科技领军人才。”带着这样的期望和努力，吕晓睿所在的国科大原子物理教学团队获得了2019年“北京高校优秀本科育人团队”，而他主讲的本科课程原子物理学也获评2020年度校级优秀课程和院级优秀课
程。他本人也荣获教育部公布的2021年度“基础学科拔尖学生培养计划2.0”的优秀教师奖。
与学生交流，要教书更要育人
为了与全国更多的青年学子交流，从2016年开始，吕晓睿连续组织了7届面向全国物理学专业大学生的科创计划暑期培训及科研实践活动。暑期培训一般为期两周，在第一周，国科大粒子物理实验团队的老师们会对学员进行集中培训，第二周则是学员分组跟随不同老师进行实践。“我对吕老师的初印象就是他非常负责任，第二周小组实践的时候，他基本上每天都到场查看大家的状态。”大二时参加过暑期培训的兰州大学本科生王子一，现在成为吕晓睿的博士生。
吕晓睿在给本科生开组会
许多学生参加了培训之后对粒子物理实验产生了兴趣，国科大粒子物理实验团队也在不断壮大。2008年吕晓睿刚加入团队时，全组 就只有他和郑阳恒两位老师，1位秘书和5位郑阳恒教授的研究生。“那现在人就多了，我们组有6位老师，整个组共有50人左右。”吕晓睿谈起这十几年他们不断壮大的研究团队充满了自豪和喜悦。
除了专业教学上与学生交流，吕晓睿已连续3个学期参加国科大的“玉泉书院”项目。国科大物理科学学院的学生在学业导师之外，还会有一个“书院导师”。“书院”小组由五六名大一大二的低年级学生、一名高年级本科生和一位老师组成，旨在通过每周一次的朋辈讨论活动对低年级学生给予帮助。吕晓睿有时会先和同学们一起吃个午饭，然后找个教室聊一聊。“我在大一该做些什么？”“如何找到自己的未来方向？”“为什么云是白色的？”“月亮是什么颜色的？”这些都是吕晓睿会和学生们讨论的问题。他不仅会关心每个人的学业和生活情况，也会和大家一起讨论一些天马行空的问题。回忆起每周和年轻人的讨论，吕晓睿充满了激情：“我喜欢这个项目，因为可以帮助一些感到迷茫的学生。”或许看到那些学生，吕晓睿有片刻想起了燕园里曾经也青涩的自己。
2000年的北京大学校园里，就读物理学专业的大三学生吕晓睿也正在抉择自己的未来道路。他在许多方向都做过了解和尝试：和凝聚态、光学等方向的老师交流，也辅修了经济学课程。迷茫中的他遇到了当时刚来任教的马伯强教授。正是在马伯强教授的鼓励和启发下，吕晓睿选择了在粒子物理方向进行研究。也许正是因为曾经迷茫过，所以吕晓睿更能体会学生们的心情；也因曾经被帮助过，所以他选择接力传递那一份温暖，为更多的学生提供支持。
吕晓睿（右二）在与本科生交流讨论
科教相辅，与学生共同成长原子内部存在电子和原子核，原子核由质子和中子构成，质子内部又包含夸克和胶子。对于物理学家们来说，这些发现都是历史上一个个激动人心的瞬间。他们忍不住追问：在原子内部，是否还包含有更小的粒子？不同粒子之间存在怎样的关系？粒子的运动又有什么规律？在无尽的时空长河里，无数的物理学家投身到了对这些问题的探索中，这其中也包括吕晓睿。
吕晓睿在调试实验设备
2008年回国，吕晓睿就立刻参加了基于第二代北京正负电子对撞机进行实验研究的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组。微观粒子对于物理学家而言就像是不透明的小球，想要知道一个小球内部的组成结构，最简单直接的方法就是用锤子将球砸开。在我国首个大科学装置北京正负电子对撞机中，粒子们被加速后对撞。而安装在对撞点处的“眼睛”——北京谱仪则记录着对撞产生的各种信息。最终，正是通过对这些观测数据进行分析，科学家们得以探索原子内部的奥秘。
对于粒子物理实验领域而言，最大的科研压力来学的正负电子对撞机“挑战”过。老一辈科学家们通过改造升级，奋力守住了北京正负电子对撞机在粲物理研究领域的国际领先地位，而吕晓睿这一代青年科学家们更是在比拼谁能最先发现新粒子、更精确地测量粒子的性质和结构。
吕晓睿在北京谱仪Ⅲ实验控制室值班
“一些新的热点方向大家都会去重要方法，用于从多个维度分析粒子多个衰变末态中各种可能中间物理过程的贡献。这项繁杂的工作不仅需要分析上千、上万GB大小的实验数据，而且需要进一步利用计算机程序同时约束确定几十、上百个自由参数的值。整个分析过程相当耗时。为了能够高效可靠地进行分析，吕晓睿与团队里的郑阳恒教授、钱文斌副教授共同带领两名国科大的本科生开发了分波分析基础软件工具TF-PWA。过去如果要做分波分析，需要写上百、上千行的代码，还很容易出错；但现在使用者只需要简单配置几个文件，就可以利用TF-PWA进行分析。而且TF-PWA结合GPU加速计算、矢量计算和自动微分等先进技术，分析效率相较于传统CPU并行计算可提升至少上百倍。这一创新软件也得到国际上很多粒子物理研究团队的广泛认可。
吕晓睿在指导学生
除了高效的分析工具，在吕晓睿看来，团队协作也是克服科研难关的重要支撑。在2020年新冠肺炎疫情期间值班人员紧张的情况下，吕晓睿带领团队在北京谱仪Ⅲ实验上坚持轮值运行仪器，对实验数据进行分析。“当时我们整个团队成员都按照自己的分工团结在这项任务上。”遇到难题，老师们会与学生共同学习、寻找解决办法。碰到团队内部实在难以理解的科学问题，吕晓睿也会组织团队成员与更多业内专家讨论、请教。这样的团队协作不仅让工作更高效、更可靠，更重要的是“在共同探索的过程中，老师们也在向学生们传授着解决问题的思路和方法，传递着科研激情”。最终吕晓睿所在团队利用这批实验数据在国际上率先发现了首个含奇异夸克的隐粲四夸克态Zcs（3985），获得国际同行高度关注。TF-PWA在该实验分析中也发挥了重要作用。吕晓睿的博士生王子一也作为其中主要的物理分析参与者，代表团队获得了2022年中国物理学会高能物理分会“晨光杯”青年优秀论文一等奖（第一名）。
伴随着科研成果的积累，吕晓睿在BESⅢ国际合作组里承担的工作也越 发关键。从一开始的合作组会议报告遴选委员会秘书，再到主席、物理协调人等职务，2018年，38岁的吕晓睿又担任了合作组的联合发言人。按照国际惯例，发言人是高能物理实验国际合作组的最高级职位，负责全面领导实验合作组的各方面事务。这是整个合作组对这位10年间不断给实验注入创新活力的年轻人的信任和肯定。
吕晓睿在北京谱仪Ⅲ实验国际合作组年会上作总结报告
如何兼顾教学和科研？吕晓睿的回答只有一个词——日程表。无论是教学安排、科研进度，还是各种会议，吕晓睿都会提前规划好自己的日程。“肯定有压力，但是按照制定好的日程一步一步踏实地走，其实一切都自然而然能完成好。”
本文原载于《国科大》杂志2023年第三期
