Fly2020：美国物理PhD-粒子物理(实验/唯象)

1.1 高能物理简介

高能物理（High Energy Physics, HEP /(Elementary) Particle Physics）可以粗浅地分为实验（Experiment）、唯象（Phenomenology）和形式理论（Formal Theory）三个类别。

实验： 可以主要分为对撞机实验（collider）和非对撞机实验（non-collider）。

对撞机实验主要就是欧洲大型强子对撞机（LHC）上的四个实验，其中人最多的是ATLAS和CMS，美国的话大部分教授是在CMS。LHC上实验的规模较大，基本上美国物理专排top50的学校，里面的教授都有做LHC的，但侧重的方向各有不同，而且因为人太多了，即使都是CMS的人也不一定有直接合作。比如，做硬件的、做模拟的、做分析的往往都有独立的组；做不同的物理话题的也各自有独立的组（这类实验能够探究的话题是非常广泛的）。

非对撞机实验以中微子实验和暗物质探测实验为主，如做中微子振荡的DUNE，MicroBooNE，做无中微子双beta衰变的EXO200，做暗物质的XENONnT，LUX-ZEPLIN等等。这一类实验一般小而精，探测器结构相对简单，能研究的物理话题也相对较少，所涉及的学校一般在几个或十几个的量级。因此做同一个实验的工作人员联系会比较紧密，大家都认识，而且每个学校的研究小组基本上都会涉猎硬件、模拟、分析等诸多内容，不会只做一个方面。

唯象： 唯象和形式理论的分界线其实不是那么明显。广义上的唯象既包含了一部分理论工作（比如有效场理论），也包含了一部分 将现有理论与实验对接的工作 （比如利用已知理论，对一些实验现象进行理论计算，并提出一些优化实验的方案）。 本文中所提到的“唯象”均是指后者 ，因为前者事实上常常是由一些在从事形式理论的研究者进行的，申请情况也会更加贴近形式理论。

形式理论： 太难了，我不懂。这方面的申请和上面两个也有很大的区别，也许反而会跟纯数学更相似，我没有了解过，所以以下就不提了。

1.2 暑研之前低年级的准备

个人认为对于想要从事高能物理行业的同学来说，低年级阶段最重要的是 弄清楚自己到底是不是真的想做高能 。高能这个领域无论是在申请上，还是未来找教职或者转行等诸多事情上，相对于其他许多领域都是完全不占优势的。所以如果不是真的对这个领域有所了解，并确定自己比较喜爱，而是出于“高能物理看起来很厉害”之类的原因去选择这个方向，日后很难坚持下去。

因此建议大家在本科阶段， 第一是要好好学好四大力学、粒子物理、量子场论（QFT）等课，打好理论基础 （QFT能学多少是多少，不求学会，但求有所了解。无论做唯象还是做实验，打好理论基础都是很重要的）； 第二是早点找从事相关方向的老师进行了解，知道这个领域都在做些什么工作 （不一定要很早就进组做科研，跟老师聊聊、听听组会都是很好的了解的机会，但当然，能早点 从事具体的工作 是最好的方式）； 第三是多看看知乎，多跟学长学姐了解了解，高能申请、找教职究竟有多难，以及如果在科研道路上走不下去，plan B是什么等等。

这些建议并不是劝退，而是希望大家在了解具体科研内容和风险的基础上，再去做出一个让自己不后悔的选择，不要单纯靠一腔热血一时冲动去选择未来的方向。但另一方面，也希望大家了解了这些 客观信息 后，不要被一些 主观情绪 所裹挟，看到很多人说“高能没有前途，所以别去搞”之类的话就放弃。知道自己喜欢不喜欢，愿意不愿意承担风险，就已经足够做出决定了，不用管太多别人说什么。

1.3 申请时各项因素的重要性

根据我观察到的情况， GRE、托福、GPA这些标化成绩主要起到的是门槛作用 ，它们不能成为录取你的理由，但可以成为淘汰你的理由。对于大部分学校来说只要达到 GRE 320+3.5，托福100（口语23），GPA 4.4、4.5及以上，区分度就不是很大了 （但要注意，有一些老师也许特别偏爱GPA高的，或是托福口语高的。这样的现象是存在的，但是只是个别情况。我们作为学生很难去了解到这样的信息，所以在不了解的情况下，只能去考虑大部分学校的标准）。

套磁的作用很不确定，在我了解到的样本里高能通过套磁申请到的情况非常有限，而且只有套到保底校这种情况，match的学校和彩票校的老师，基本上都不怎么认真回复套磁信，除非是你的本科老板/暑研老板直接把你推荐过去这样子。从老师的角度这也可以理解，如果你的水平没有超过他们录取的标准，他们并没有必要因为套磁就提前录取你，所以一般除了保底校，是很难套到的。 套磁这种事情，也不能说完全没用，还是要碰碰运气的，但不要寄托太大的希望。

在过了标化门槛之后，最重要的无疑是文章和推荐信。但这两个因素孰轻孰重，难以量化。高能实验方面，一般来说本科生比较难以发表文章（不同的实验组有不同的规则，比如在有些实验组中，加入组里满一年才能够署名等等），因为高能实验往往都不是一个人的努力，而是很多人共同合作完成的一个较大的工程，因此在较长时间的积累后才能去领导一个工作，这对于本科生来说是比较困难的。而唯象的文章方面，本科生主要还是在老板的指导下去完成一些技术性的工作（进行数值计算之类），insight和idea一般是老板提供的。而唯象的文章技术方面的工作一般来讲并不是特别困难，也不是文章价值的主要部分，所以发文章与否不一定能完全体现出一个申请者的水平。因此，推荐信往往是非常重要的因素，在达到门槛的前提下，甚至可以说是决定性因素。如果暑研的老板或是校内的老板能够给一个强推，而他们又恰好和你所申请的学校相应方向的老师有过合作（我们一般称为有connection），你申请成功的概率就会大大增加。在我认识的十几个高能实验/唯象方向大陆申请者中（美本的跟大陆学生不是一个pool，无法比较），拿到的最好的offer无一例外都与connection有直接关系。因此，如果在国内的老板跟国外的学术圈没有非常紧密的联系，找暑研是非常必要的。

二、暑研流程

虽然一些学校提供了官方的暑研项目，但一般来说主要针对的群体都不是高能物理领域的学生，而是生物实验、化学实验、材料等等需要动手操作，上手相对较快的方向（高能实验虽然号称是实验，但其实更多的是分析数据，并不需要实际动手操作）。因此可以试着申请一下比如UCLA的CSST项目，但不要抱太大希望，暑研还是以自己找为主。

我个人建议按照以下流程进行暑研寻找：

如果对研究领域不熟，先看一些综述性的文章，了解目前大概有哪些研究方向，确定自己大概想做什么，以及现有的基础可以做什么。

询问国内老板是否有什么推荐。

询问同方向学长学姐是否有什么推荐。

在google scholar或是inspire上对感兴趣的话题进行搜索，看看最近活跃的教授有哪些。

浏览各学校网站，看看每个老师大概做什么领域，发了什么文章（看看网站简介，和几个典型文章的abstract就可以了，不需要每篇都读）。在这一步中，如果是年纪太大（65+），或者三四年都没发过文章的老师，可以排除。注意，这不是一个solid cut，并不是说满足这样的条件就一定不值得套，而是为了节省时间才这样做（年纪太大的大牛一般不喜欢轻易收暑研学生，或者其实已经退休了只是名义上还挂在网站上，但也有例外）。

结合4&5，整理出一个约有15-30个教授的名单。

排出一个时间表，安排每天套1-3个教授（同个学校的至少隔一星期再发）。

开始发邮件，讲清楚自己会什么（学过什么课，会什么编程语言，做过什么project，对什么package熟练），暑研大概想做多久（教授一般喜欢招做得长的，所以在力所能及的范围内，越久越好，呆在美国完成后续的申请流程也可以），对什么方向感兴趣。如果时间充足，最好能够阅读今天要套的教授近期的几篇文章，针对他近期的文章，叙述你暑研期间可能可以进行什么方面的工作（也就是说你自己提一些proposal，不一定要很具体，让老师看出来你对他的工作还是有所了解的即可）。

如果名单快套完了，但是还没套到，那就回到4&5，多看些学校网站和文章，筛选更多教授出来，再重复8和9。

如果套到了，与老师商定具体访问时间，并立刻开始积极阅读文献、学习相关知识，为暑研做准备。

* 暑研的选择：

如果很幸运套到了不止一个老师，那么要及时做出选择，不要拖着老师。选择的标准是多维度的，比如组里人多/人少，年轻ap/正教授，都各有利弊。建议大家考虑问题要全面，平衡好 “暑研对申请的作用” 和 “通过暑研提高能力” 这两个目的。它们大多数时候是正相关的，但有一些时候并不。原因就是之前所说的，在高能实验和唯象的申请中connection非常重要，有时你的确暑研做得很好，老师也给你写了个强推，但如果给你写推荐信的老师没有几个人认识，那么申请的时候committee事实上是难以“观测”到你的能力的。

Committee/Prof？： 高能物理肯定是属于physics department的。绝大多数physics department都是采取committee制度，教授个人难以决定招谁，所以套磁的作用也有限。但如果有一个教授非常想要你，还是能够很大程度上提高你被录的机会的。

选校定位方法：

最有用的方法：问暑研老板

其次：问往届学长学姐（但每年的情况也许会相差很远，比如有些学校今年招多了明年就不招了）

其他一些有用的网站：

知乎上的相关问题

https://physicsgre.com/

https://www.thegradcafe.com/

US News 物理专排（可以作为参考，但实际上需要去了解 各个学校具体有哪些教授 ，他们从事什么方向。毕竟phd是导师制度，导师才是决定你能学到多少东西的人）

面试： physics的phd项目一般不面试，我和我认识的人无论是offer还是reject，都没有收到任何面试，所以不太了解。但据说U Penn（我没申）之类的学校非常喜欢面试，有兴趣的可以去网上搜相关经验。