杨振宁、丘成桐争议中挺进!超级对撞机能否解析上帝粒子终极奥秘

杨振宁、丘成桐争议中挺进!超级对撞机能否解析上帝粒子终极奥秘

11月14日,中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长、环形正负电子对撞机(CEPC)指导委员会主席王贻芳代表CEPC研究工作组,正式发布CEPC两卷概念设计报告,分别是《概念设计报告——加速器卷》和《概念设计报告——探测器和物理卷》,其中提到,项目团队计划于2018-2022年间建成一系列关键部件原型机,验证技术和大规模工业加工的可行性。

杨振宁、丘成桐争议中挺进!超级对撞机能否解析上帝粒子终极奥秘

2012 年,欧洲核子研究中心(CERN)观测到希格斯粒子——它被称为“上帝粒子”,是物理学标准模型缺失的最后一环,被认为是物质的质量之源,对于认识微观物质世界和未知的暗物质等奥秘具有根本性作用。因为发现的希格斯粒子的质量比预期要小,因此中国有机会建造能量较低、实验环境更为干净、性价比更高的正负电子对撞机大量产生非常干净的希格斯粒子,从而对其进行精确的系统研究,进而发现新的物理现象和物理规律。2012年,CEPC计划由中国高能物理学家提出 CEPC 计划。

近日,Nature 刊文认为,一旦建成,这个 100 公里长的设施将使得欧洲粒子物理实验室在瑞士日内瓦附近建成的 27 公里长的大型强子对撞机(LHC)相形见绌,不仅如此,前者的成本只有 LHC 一半左右。由于身材庞大,CEPC被很多人称为“超级对撞机”。

尽管成本只有LHC的一半,它也曾多次掀起物理学界争议。就在《初步概念设计报告》发布后不久,CEPC引发了物理学界的广泛争议。诺奖得主杨振宁的《中国今天不宜建造超大对撞机》将争议引向高潮。

美国国家科学基金会(NSF)掌管着美国科研经费的“钱袋子”。大型对撞机可谓是NSF的一个伤疤,这也是杨振宁曾列出的第一条反对理由:1989年美国开始建造当时世界最大的超导超级对撞机(SSC),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。再加上1992年政府换届,克林顿大刀阔斧地削减财政开支,国会最终痛苦地终止了此计划。

坊间对此有一些广为流传的笑话,“美国政府花了几个亿挖了个坑,又花了几个坑把坑填平。”项目的实际损失接近30亿美元。

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杨振宁认为造巨型对撞机是“进无底洞”,他认为,中国仍然是个发展中国家,大型对撞机可能会挤压其他基础学科的经费,而这样的对撞机想要寻找的粒子,“包括我在内,认为超对称粒子的存在只是一个猜想”。他估计,这个对撞机的造价可能需要 200 亿美元(约 1350 亿人民币)。

尽管杨振宁持有反对意见,但是2016 年 8 月初,著名华裔数学家、1982 年菲尔兹奖获得者丘成桐在接受新华社采访时,明确表示“希望在长城入海处建设下一代大型对撞机”。之后,丘成桐也撰文表达了对中国修建新一代大型对撞机的期待。

丘成桐给出的理由是:探索高能物理前沿,寻找超对称粒子,吸引来自世界各地的一流科学家,将是中国“对国际科研、世界和平乃至人类文明的贡献,也是对中国国际形象的提升”。

而今,CEPC团队用了三年时间,正式完成了《概念设计报告》。CEPC机构委员会主席、北京大学教授高原宁希望,《概念设计报告》的完成能够让针对CEPC的讨论更加有的放矢。高原宁说:“比如在投入和技术上,我们能给出比较明确的设计,那么大家的质疑在哪里、我们能够做什么,可以坐下来讨论。”

日前报道显示,CEPC的大小远远超过了周长不足27公里的大型强子对撞机。报告还简要介绍了CEPC在开展物理实验的能力上如何比大型强子对撞机更胜一筹。科学家说,CEPC未来十年将生产100万个希格斯玻色子、1亿个W玻色子和近1万亿个Z玻色子。

与大型强子对撞机相似,CEPC也是环形结构。CEPC将被安置于一条地下隧道中,它将由直线加速器、阻尼环、增强器和对撞机等部分组成。它将是一台双环对撞机,正负电子束在不同管道中沿相反方向循环运动。

CEPC的隧道还可以用来安放一台超级质子对撞机——研究人员正在考虑相关建议。这台“超级对撞机”能够达到的能量将远远超过大型强子对撞机——后者的最大撞击能量为14万亿电子伏特(TeV),而超级质子对撞机可以达到70TeV。

CEPC团队显然正在积极努力争取政府的支持,但在此之前必须按照既定日程紧锣密鼓地开展坚实的设计和技术预研工作。按照计划,CEPC希望在国家十四五期间开始建设、2030 年左右竣工,才能抢占最佳研究时机。谈及这个项目面临的最大挑战,王贻芳说,“外部的争议我无法左右,单就CEPC计划内部的科学研究来看,目前是没有任何问题的,最大的挑战在于如何在一项如此庞大的科研工作当中加强技术管理,扩大国际合作,才能更大限度地保证项目顺利、高效地开展。”


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