虽自称远离舆论漩涡,正在美国参加学术会议的清华大学高能物理研究中心主任高原宁一直关注着这几日围绕超大对撞机的争论。
国内科学家想建的超大对撞机为“环形正负电子对撞机(CEPC)”。“CEPC怎么做、造价多少,关于这些方面我们已经做了很多论证,完成了初步概念设计报告,但据我观察,很少有人去看,甚至一些参加讨论的业内人士也没看过。”
高原宁8日接受采访时明确认为,在现阶段建设环形正负电子对撞机,深入研究希格斯粒子,是高能物理发展的必经阶段。
“基础物理学因此面临一个重要的转折和发展机遇。”高原宁说,这就像拼图,你已经完成一幅拼图,要重新开始新一幅,那么从哪里开始?“新物理理论不是没有,而是太多,高能物理的发展到了非常关键的时候,需要实验给出一个方向。”
科学家们开始讨论基础物理学将向何处发展,国际上出现了好几个基于加速器的高能量前沿实验装置的设想。与此同时,中国高能物理界一直在思索一个问题:现有的北京正负电子对撞机(BEPC)下一步怎样发展。高原宁说,中国物理学会下属的高能物理分会组织过多次战略研讨,但一直没有确定合适的方向。“当时有人说日本已经在做直线对撞机了,我们不能再做同样的,但也不能直接做质子对撞机,那样我们的技术和人才队伍都跟不上。”
直到希格斯粒子的发现。“其实早在2011年底,已经有一些迹象表明希格斯粒子可能会很轻,当时我们已意识到环形对撞机可能会有机会,因为它的优势就是大量产生希格斯粒子,精确研究这个能量区域的物理。”高原宁说。
中科院高能物理研究所研究员张闯表示,高能物理分会组织的战略研讨最后形成共识,将优先发展CEPC。
“CEPC可以说是中国高能物理界的共识。中科院高能物理研究所王贻芳所长想得更长远,提议在设计和建造CEPC的同时不要把发展超级质子对撞机(SPPC)的路堵死。”高原宁说。此后经过多次研讨,特别是在2013年6月香山会议上,建造CEPC+SPPC的设想得到了国内高能物理学界的支持。
“首先,我不知道直线对撞机比环形对撞机造价低的数据从哪来,国际公认的是,ILC应该比CEPC贵得多。而CEPC和ILC哪个先得到最好的希格斯粒子测量结果正是要看哪个项目先得到批准并率先完成,这一竞争恰好说明建造希格斯粒子工厂的重要意义。”
张闯则表示,ILC与CEPC在希格斯粒子上的研究内容类似,但ILC是直线对撞机,由于新发现的希格斯粒子质量比较低,采用CEPC这样的环形正负电子对撞机在造价和性能上更有优势,并且以后还能在同一个环形隧道里增建一台超高能量的强子对撞机。
LHC是一台强子对撞机,对撞产生的次级粒子出来的图像比较复杂,远没有电子对撞机成图那么清晰,CEPC作为环形正负电子对撞机可以对希格斯粒子的性质等进行更深入、更精确的研究。
附:《中国今天不宜建造超大对撞机》文/杨振宁
8月29日微信公众号《老顾谈几何》中有一篇文章,题目是《丘成桐:关于中国建设高能对撞机的几点意见并回答媒体的问题》,讲到他(丘)赞成中国建造超大对撞机,而我(杨)反对,他难相信。其中一段如下:
这些实验背后的基础理论都用到杨先生的学说。每一次突破后,我们对杨先生的学问更加佩服!所以说杨先生反对高能物理需要有更进一步的发展,使人费解!
丘教授的理解有误!我绝不反对高能物理继续发展。我反对的是中国今天开始建造超大对撞机,原因如下:
(一)建造大对撞机美国有痛苦的经验: 1989年美国开始建造当时世界最大对撞机,预算开始预估为30亿美元,后来数次增加,达到80亿美元,引起众多反对声音,以致1992年国会痛苦地终止了此计划,白费了约30亿美元。这项经验使大家普遍认为造大对撞机是进无底洞。
目前世界最大对撞机是CERN 的LHC。2012 年6000 位物理学家用此对撞机发现了Higgs 粒子,是粒子物理学的大贡献,验证了“标准模型”。LHC的建造前后用了许多年,建造费加上探测器费等等加起来一共不少于100亿美元。高能所建议的超大对撞机预算不可能少于200亿美元。
(二)高能所倡议在中国建造超大对撞机,费用由许多国家分摊。可是其中中国的份额必极可观。今天全世界都惊叹中国GDP已跃居世界第二。可是中国仍然只是一个发展中国家,人均GDP还少于巴西,墨西哥或马来西亚,还有数亿农民与农民工,还有急待解决的环保问题,教育问题,医药健康问题,等等。建造超大对撞机,费用奇大,对解决这些燃眉问题不利,我认为目前不宜考虑。
(三)建造超大对撞机必将大大挤压其他基础科学的经费,包括生命科学,凝聚态物理,天文物理,等等。
(四)为什么有不少高能物理学家积极赞成建造超大对撞机呢?原因如下:
A.高能物理学是二战后的一个新兴领域,此领域七十年来有了辉煌的成就,验证了“标准模型”,使人类对物质世界中三种基本力量有了深入了解。可是还有两项大问题没有解决:
甲)对剩下的第四种基本力量,引力,的深入了解还有基本困难。
乙) 还没有能了解如何统一力量与质量。希望解决此二问题当然是所有物理学家的愿望。
B.有些高能物理学家希望用超大对撞机发现“超对称粒子”,从而为人类指出解决此二问题的方向。
但是找超对称粒子已经有很多年了,完全落空。今天希望用超大对撞机来找到超对称粒子,只是一部份高能物理学家的一个猜想。多数物理学家,包括我在内,认为超对称粒子的存在只是一个猜想,没有任何实验根据,希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。
(五)七十年来高能物理的大成就对人类生活有没有实在好处呢?没有。假如高能所建议的超大对撞机能实现,而且真能成功地将高能物理学更推进一大步,对人类生活有没有实在好处呢?我认为短中期内不会有,三十年,五十年内不会有。而且我知道绝大多数物理学家都同意我的这个说法。
(六)中国建立高能所到今天已有三十多年。如何评价这三十多年的成就?今天世界重要高能物理学家中,中国占有率不到百分之一、二。建造超大对撞机,其设计,以及建成后的运转与分析,必将由90%的非中国人来主导。如果能得到诺贝尔奖,获奖者会是中国人吗?
(七)不建超大对撞机,高能物理就完全没有前途了吗?不然。我认为至少有两个方向值得探索:A. 寻找新加速器原理。B.寻找美妙的几何结构,如弦理论所研究的。这两方面的研究都不那么费钱,符合当今世界经济发展的总趋势。
(来源: 科技日报,文/操秀英)
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