中國要不要建超級對撞機,是機會還是浪費?楊振寧也加入了爭論

故事,或許應該從2012年開始講起。那一年,歐洲核子研究中心宣佈發現了“上帝粒子”希格斯玻色子,完成了該中心建設的初衷——在理論預言的邊界中,明確給出希格斯粒子是否存在的答案。這個發現讓整個物理學界沸騰了,也讓高能物理學家們看到了新方向。這其中,就包括中國高能物理學家。

在中國科學院高能物理研究所牽頭下,中國高能物理學家發起一項大型國際合作計劃,建設高能環形正負電子對撞機(CircularElectron-Positron Collider,CEPC),它也被稱為“超級對撞機”。

然而,自這項計劃提出之後,就伴隨著巨大的反對聲。爭議中,支持者在堅定地向前推進,反對者似乎也沒有改變立場。

支持者:中國高能物理領跑世界的機會

中國科學院高能物理研究所所長王貽芳院士是CEPC最堅定的支持者,這些年來,他幾乎在所有場合都在強調一點:這是中國高能物理一個絕佳的歷史機遇,一個能夠領跑世界的機會。他說:“CEPC計劃與國際稍早的國際線性對撞機、緊湊型線性對撞機,以及同時期的未來環形對撞機項目處於競爭地位。如果我們不抓緊,那麼這個機會稍縱即逝。”

在為期十年的實驗計劃中,CEPC將生產超過100萬個希格斯玻色子、一億W玻色子和近1萬億Z玻色子——W和Z玻色子是弱相互作用力的媒介子,在Z玻色子的衰變中,還將生產出數十億的底層夸克、粲夸克和陶輕子。這能夠讓物理學家們進一步理解希格斯粒子的性質、宇宙早期演化、反物質丟失、尋找暗物質、真空穩定性等一系列未解的關鍵科學問題和尋找新的物理規律。

這個雄心勃勃的計劃在國際上得到了包括國際未來加速器委員會等諸多機構和華裔數學家丘成桐、美國普林斯頓高等研究院教授尼瑪·亞哈尼·哈米德等著名科學家的支持。《概念設計報告》發佈後,2017年諾貝爾物理學獎獲得者、領導LIGO實驗的加州理工大學教授貝利·巴萊西說:“加速器的發展歷史是實現越來越高的能量,並在過去幾十年中一直都是眾多粒子物理重大發現所依賴的核心工具,而CEPC將延續這一偉大傳統。”

反對者:科學目標不明確的巨大浪費

CEPC是一項預算超過300億元的巨大工程。這項計劃一提出,就受到來自各方的反對。例如,有科學家在接受採訪時提出,在國家科研經費投入總體相對穩定的情況下,這樣的工程無疑會擠佔其他研究的份額,“基礎物理固然重要,但生命科學不重要嗎?化學不重要嗎?對這樣大的投入,我們理應慎重對待”。

更具殺傷力的反對聲來自高能物理學界內部。有人認為,CEPC的科學目標並不清晰,而且中國在造大型對撞機上並沒有足夠的技術儲備和工藝儲備,“這麼大的投入如果沒有與之相匹配的重大科學產出,那對中國科研將是巨大的浪費”。還有高能物理學家提出了不同的建設方案,比如Z工廠——一個能量相對較低、技術成熟度很高、成本要低得多的對撞機。

最重量級的反對者或許要數著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧。他在2016年發表實名文章,列舉7條建議反對建設CEPC。他在文章中寫道:“不建超大對撞機,高能物理就完全沒有前途了嗎?不然。我認為至少有兩個方向值得探索:其一是尋找新加速器原理;其二是尋找美妙的幾何結構,如弦理論所研究的。這兩方面的研究都不那麼費錢,符合當今世界經濟發展的總趨勢。”

在爭議中推進的CEPC

爭議聲中,CEPC的研究者們一步一步推進自己的工作——在計劃提出的6年後,《概念設計報告》14日正式出爐。至此,CEPC不再只是個抽象的概念,而有了明確的藍圖。

CEPC機構委員會主席、北京大學教授高原寧希望,《概念設計報告》的完成能夠讓針對CEPC的討論更加有的放矢。高原寧說:“比如在投入和技術上,我們能給出比較明確的設計,那麼大家的質疑在哪裡、我們能夠做什麼,可以坐下來討論。”

CEPC機構委員會副主席、中科院高能物理研究所研究員高傑介紹,完成《概念設計報告》只是完成了CEPC的一個階段。“這個概念設計報告意味著我們在‘紙面’上完成了CEPC的設計,以實現它的科學目標。”高傑說,“但加速器製造是一個很大的挑戰,我們要應對包括高新技術、關鍵器件,還有產業化等方方面面的問題。接下來,我們要進入技術設計報告階段,預計到2022年解決在實際建設中可能遇到的問題,之後我們才可能進入建設階段。”

有科學家認為,如果CEPC能夠抓住國際競爭的時間節點,可能會使世界高能物理研究甚至世界科學的格局都發生變化。高原寧說:“我們希望接下來大家能夠在科學的基礎上展開討論,儘快達成共識,也希望能得到各國政府的積極回應。”

(本報記者 齊芳)


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