我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

2019年4月29日,北京中国科学院大学(简称国科大)新礼堂里,一位国科大研究生的提问再次引爆了关于中国到底该不该建设大型对撞机的大讨论。对于吃瓜群众的我们,在发表自己的看法和做出判断之前还是应该充分了解一下辩论双方举出的理由的。

我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

特别提醒,这篇文章我们不去谈论两位的个人科学成就、科学地位、年龄、经历以及是否利益相关等等科研活动本身以外的个人因素。

双方都支持建造大型对撞机,分歧在于建造的时间紧迫性

首先我们必须知道,对于建造大型对撞机,两位都是支持建造的,存在的分歧在于建造的时间紧迫性:也就是杨院士提倡缓建,而王院士认为在国际竞争下建设时间窗口紧迫。

下面分栏分条列出双方的意见对比(意见来自双方发表的文章节选,大家可以自行搜索)。

我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

双方文章节选分栏图

图中的文字版:

杨院士:

一、耗资过大且可能超过预算导致失败

美国1989年时准备建造世界上最大的对撞机(SSC),但因预算不断增加而最终夭折。欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)花费在100亿美元以上。中国大型对撞机花费可能在200亿美元以上。

二、巨额费用更应该解决民生等燃眉问题

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,我们目前不应考虑。

三、对撞机挤占其他基础学科经费

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、建造大型对撞机的目的极难实现

高能物理学家赞成建造超大对撞机的目的是通过提高能量寻找引力子与超对称粒子的证剧,这很难实现。

五、高能物理学的成就人类生活没有实在好处

七十年来高能物理学的成就对人类生活没有实在好处。假如高能物理学更推进一大步,对人类生活短中期内仍然不会什么好处。

六、中国高能所过往成就不高,建成后未来不由中国人主导

中国建立高能所到今天已有三十多年,今天世界重要高能物理学家中,中国人不到百分之一。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。

七、高能物理学的大型对撞机研究方向已经结束

高能物理不是只能通过超大对撞机研究。我认为至少有两个方向值得探索:寻找新加速器原理和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。


王院士:

一、耗资并不算大且预算严格

目前建造时间窗口紧迫的是一期正负电子对撞机(CEPC),花费为53亿美元(360亿元人民币),分18年完成。其工程造价经过了两种方法(分解法、类比法)的专家评审。而二期的质子加速器是在如果一期成功且发现新物理迹象才考虑建设的项目。

二、建造对撞机也是燃眉问题

清末中国, GDP世界第一,虽然有能力购买枪炮,但不掌握科学,最后还是被动挨打,民生也无从谈起。建造大型对撞机可以使我们在这一基础科学技术领域领先国际几十年,可以培养几千名有创新能力的物质科学及相关技术的顶尖人才,也是燃眉之急。而欧洲、美国和日本目前手头有大型项目,但他们也都有新的对撞机计划,这期间正是我们建造大型对撞机的时间机遇窗口。

三、我国基础学科经费本身偏低

我国基础学科经费占总研发经费只有5%,远低于发达国家的15%,应逐步提高比例,也就不存在挤占的问题了。同时如果建造CEPC会推动国内企业的技术进步,推动我国自主科学仪器设备的发展,减少目前科研经费大量用于购买外国仪器的现状。

四、目的是精准测量希子,不是超对称

一期CEPC实际是希格斯子工厂,目的是更加准确的测量希格斯玻色子,确认希格斯粒子的性质,判断希格斯粒子是否与标准模型预言完全一致,首次测量希格斯粒子的自耦合形式。

五、高能物理学过去与将来对人类生活都有巨大好处

高能物理发展出的同步辐射光源、自由电子激光、散裂中子源等装置对生物、地质、环境、材料、放射医学、凝聚态等学科研究至关重要,万维网(WWW)也起源于欧洲核物理研究中心(CERN)。

CEPC项目对于中国的实际好处至少包括高温超导、超导磁铁、精密机械、微波、真空、自动控制、低温等关键技术的国产化,和未来可能的新发现、新技术、新应用愿景。

六、过往成就不低,CEPC设计运行70%由中国人主导

高能所40年取得的成果,可以跟国外比肩,至少我们现在是国际高能物理领域四大实验室之一(CERN,Fermi,KEK,IHEP)。

以高能所为主完成了CEPC《初步概念设计报告》。所以将来超大对撞机70%的工作将由中国人来主导完成,至少会与我们的出资比例一致。

七、其他研究方向更为渺茫

“新加速原理”无论是束流品质还是能量利用效率,都还有太长的路要走,至于弦理论更加虚无缥缈,但高能物理研究不会等待停滞。


上面的信息都来自两位院士发表的文章,我只是进行了简练的摘录并把他们放到了一起,没有发表任何自己的见解。只是希望我们在讨论的时候能够完整的知道双方说了什么,至少知道说了几点。

另外能关心这类事件并阅读这篇文章的人应该都知道为什么要建加速器对撞机,但恐怕并不了解为什么非要建那么大。CEPC的周长将达到100公里,而LHC只有不到27公里。问题来了CEPC和LHC同样是个环形加速器,既然可以无限转圈加速又何必修那么大?

我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

回旋加速器结构

这是因为现实中的环形(回旋)加速器都利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动,在运动中经高频电场反复加速,而在偏折磁场中还需要保持圆周运动,由于超导磁场的强度是有限的,通过计算可知粒子的能量极限将取决于轨道的半径,半径越大能量越高。这就是三体中环日加速器的由来。

假如立项后的选址

暂且不再思考要不要建,那假如立项后这100公里的圆形"地铁"应该修在哪里呢?CEPC项目对选址的要求十分严格,要充分考虑地震风险、岩土性质、水文气象等地理条件,还需要考虑当地的基础设施和公共服务设施等人文条件。

比如秦皇岛市抚宁县

我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

小红圈为50KM方案,大红圈为100KM方案

又或者深汕特别合作区

我们需要马上建大型对撞机吗?---杨振宁VS王贻芳

广东深汕特别合作区100km方案

上面两幅选址图来源为中科院高能物理研究所特别供图

我们需要马上建大型对撞机吗?

虽然到底这10年内建还是不建CEPC这种影响深远的巨大命题恐怕肯定不会考虑你我的"民意",因为"民意"并不往往正确(参考希特勒)。但至少各方还都是需要争取民意支持的,那么各位科学爱好者对此怎么看呢?

特别提醒:上来就说某某外国科学家回国娶妻养老、某某科研人员骗取千亿经费的扣帽子人群还是省省吧。


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