楊振寧、丘成桐爭議中挺進!超級對撞機能否解析上帝粒子終極奧祕

楊振寧、丘成桐爭議中挺進!超級對撞機能否解析上帝粒子終極奧秘

11月14日,中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所所長、環形正負電子對撞機(CEPC)指導委員會主席王貽芳代表CEPC研究工作組,正式發佈CEPC兩卷概念設計報告,分別是《概念設計報告——加速器卷》和《概念設計報告——探測器和物理卷》,其中提到,項目團隊計劃於2018-2022年間建成一系列關鍵部件原型機,驗證技術和大規模工業加工的可行性。

楊振寧、丘成桐爭議中挺進!超級對撞機能否解析上帝粒子終極奧秘

2012 年,歐洲核子研究中心(CERN)觀測到希格斯粒子——它被稱為“上帝粒子”,是物理學標準模型缺失的最後一環,被認為是物質的質量之源,對於認識微觀物質世界和未知的暗物質等奧秘具有根本性作用。因為發現的希格斯粒子的質量比預期要小,因此中國有機會建造能量較低、實驗環境更為乾淨、性價比更高的正負電子對撞機大量產生非常乾淨的希格斯粒子,從而對其進行精確的系統研究,進而發現新的物理現象和物理規律。2012年,CEPC計劃由中國高能物理學家提出 CEPC 計劃。

近日,Nature 刊文認為,一旦建成,這個 100 公里長的設施將使得歐洲粒子物理實驗室在瑞士日內瓦附近建成的 27 公里長的大型強子對撞機(LHC)相形見絀,不僅如此,前者的成本只有 LHC 一半左右。由於身材龐大,CEPC被很多人稱為“超級對撞機”。

儘管成本只有LHC的一半,它也曾多次掀起物理學界爭議。就在《初步概念設計報告》發佈後不久,CEPC引發了物理學界的廣泛爭議。諾獎得主楊振寧的《中國今天不宜建造超大對撞機》將爭議引向高潮。

美國國家科學基金會(NSF)掌管著美國科研經費的“錢袋子”。大型對撞機可謂是NSF的一個傷疤,這也是楊振寧曾列出的第一條反對理由:1989年美國開始建造當時世界最大的超導超級對撞機(SSC),預算開始預估為30億美元,後來數次增加,達到80億美元,引起眾多反對聲音。再加上1992年政府換屆,克林頓大刀闊斧地削減財政開支,國會最終痛苦地終止了此計劃。

坊間對此有一些廣為流傳的笑話,“美國政府花了幾個億挖了個坑,又花了幾個坑把坑填平。”項目的實際損失接近30億美元。

楊振寧、丘成桐爭議中挺進!超級對撞機能否解析上帝粒子終極奧秘

楊振寧認為造巨型對撞機是“進無底洞”,他認為,中國仍然是個發展中國家,大型對撞機可能會擠壓其他基礎學科的經費,而這樣的對撞機想要尋找的粒子,“包括我在內,認為超對稱粒子的存在只是一個猜想”。他估計,這個對撞機的造價可能需要 200 億美元(約 1350 億人民幣)。

儘管楊振寧持有反對意見,但是2016 年 8 月初,著名華裔數學家、1982 年菲爾茲獎獲得者丘成桐在接受新華社採訪時,明確表示“希望在長城入海處建設下一代大型對撞機”。之後,丘成桐也撰文表達了對中國修建新一代大型對撞機的期待。

丘成桐給出的理由是:探索高能物理前沿,尋找超對稱粒子,吸引來自世界各地的一流科學家,將是中國“對國際科研、世界和平乃至人類文明的貢獻,也是對中國國際形象的提升”。

而今,CEPC團隊用了三年時間,正式完成了《概念設計報告》。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。”

日前報道顯示,CEPC的大小遠遠超過了周長不足27公里的大型強子對撞機。報告還簡要介紹了CEPC在開展物理實驗的能力上如何比大型強子對撞機更勝一籌。科學家說,CEPC未來十年將生產100萬個希格斯玻色子、1億個W玻色子和近1萬億個Z玻色子。

與大型強子對撞機相似,CEPC也是環形結構。CEPC將被安置於一條地下隧道中,它將由直線加速器、阻尼環、增強器和對撞機等部分組成。它將是一臺雙環對撞機,正負電子束在不同管道中沿相反方向循環運動。

CEPC的隧道還可以用來安放一臺超級質子對撞機——研究人員正在考慮相關建議。這臺“超級對撞機”能夠達到的能量將遠遠超過大型強子對撞機——後者的最大撞擊能量為14萬億電子伏特(TeV),而超級質子對撞機可以達到70TeV。

CEPC團隊顯然正在積極努力爭取政府的支持,但在此之前必須按照既定日程緊鑼密鼓地開展堅實的設計和技術預研工作。按照計劃,CEPC希望在國家十四五期間開始建設、2030 年左右竣工,才能搶佔最佳研究時機。談及這個項目面臨的最大挑戰,王貽芳說,“外部的爭議我無法左右,單就CEPC計劃內部的科學研究來看,目前是沒有任何問題的,最大的挑戰在於如何在一項如此龐大的科研工作當中加強技術管理,擴大國際合作,才能更大限度地保證項目順利、高效地開展。”


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