尽管CEPC的建设已经提上了日程,但大型对撞机的讨论热度一直都不减!从上世纪七十年代开始,杨振宁反对建设大型对撞机的态度一直都没有改变过,1990年代美国下马了SSC(超导超级对撞机),世界舆论一片哗然,而此时中国上马大型对撞机的建设,直接引发了大讨论!
对撞机是干嘛的?
卢瑟福用α粒子散射发现了原子核,此后又发现了质子!α粒子是两个质子和两个中子构成的氦核,它高速撞击下原子核会被撞出一些东西,科学家观测这个撞出来物质特征即可知道物质内部的秘密。
后来科学家发现自然状态下衰变的α粒子已经不够用了,因此发明了加速器,在磁场的约束下,电场将带正电的质子加速到极高的速度撞击原子核,开启了高能粒子物理的大发现,物理学家盖尔曼也因此发现了夸克的存在,到上世纪六七十年代为止,这个高能粒子物理的黄金年代里,基本已经将标准粒子模型的空格一个个填上了,后续在建设的更大的对撞机,则是验证标准粒子模型中提出的各种假设!比如LHC在2013年验证了上帝粒子:希格斯玻色子的存在!
2012年9月,高能所提出建设CEPC-SppC,这是一个比任何一个对撞机规模都要庞大的CEPC-SppC,它的能量是LHC的7倍,直径达到了50-70千米,造价超过300亿人民币!
为什么杨振宁要反对建设大型对撞机?
对撞机确实非常好,对于微观世界的发现,没有对撞机寸步难行,但它的建设费用极高,没有经济实力是万万不可的,所以上世纪七十年代要建设对撞机时,杨振宁斩钉截铁的表示反对,认为造一个落后西方十年的对撞机不如将钱投入基础建设,而这个策略也成功了,此后的基础科研项目得到了大力发展,为后期863计划展开奠定了坚实的基础。
我们现在有钱了,为什么还不建设?
一直以来杨振宁对建设对撞机就表示明确反对,但从七十年代到二十一世纪,理由却不一样:
“The party is over.”
盛宴已过,高能粒子物理的黄金时代已经过了,这是杨振宁在2019年4月29日国科大礼堂发表演讲时候给出的中心思想,其实这句话杨振宁在八十年代的时候就已经说过了,高能粒子物理的黄金时间已过!
国科大礼堂的提问学生
粒子物理的大框架早已经搭建完毕,比如对称性,拉氏量,路径积分,规范场,重整化,自发对称性破缺,有效场论等等都已经非常成熟,要做出大成绩,没有突破性的理论支持是不可能的,当然也并不是说粒子物理已经走到尽头,还有如超对称 ,磁单极子等拓扑相关的概念,马约拉纳费米子,额外维等仍然是一片空白。
但在粒子物理的黄金年代里,几年甚至几个月就能产生一个世界级的发现!但到了现在这个后粒子物理时代,想要出成绩,只有不断的砸钱,比如LHC的造价高达700亿人民币,它在2013年发现的希格斯玻色子确实非常重要,但整体而言,不如六十年代一个小小的加速器成绩来得更大。
因此杨振宁认为,再往下走,投入的是100%的资金,回报的可能连1%都不到!而且杨老认为,当前研究粒子物理的顶尖人才都在欧美,我们那么大一个工程,可能还要请人来研究,为人做嫁衣?
另外从美国SSC加速器和欧洲LHC加速器建设经验来看,资金超标3-4倍是常态,甚至5-10倍也不意外,CEPC早期造价估算200人民币,的那实际耗资很可能超过1000亿,这是一个无底洞!
支持者又是什么理由?
王贻芳简介
中国高能物理界的领军人物,他在大亚湾发现了第三种中微子振荡方式,大亚湾中微子实验成果入选《科学》年度十大突破,发现前两种中微子振荡方式的科学家都已经获得了诺贝尔奖,因此王贻芳也是全球物理学界未来几十年里最有可能获得诺贝尔奖的科学家之一。
支持建设的理由
无疑王贻芳的理由也十分充分,比如杨振宁认为的盛宴已过王贻芳就表示不同意,他认为目前的粒子物理标准模型只是一个在低能情形下的有效理论,需要继续发展更深层次的理论,需要高能加速器来支持,因为更深层次的物理发现会在希格斯粒子的更精确测量下露出蛛丝马迹!
CEPC还能测量希格斯粒子的自耦合,确定希格斯场参与的真空相变的形式,这对宇宙的早期演化具有重要意义。如果发现新的希格斯粒子耦合形式、新的伴随粒子、非点结构的希格斯粒子,或其它与标准模型的偏差,还需进行第二阶段,建造大型质子对撞机,前途一片光明!
并且CEPC的建设可以加大的加速基础建设,比如低温领域,超导设备建设等等,这些工程又带动另一波基础建设,这是一项良性循环,根本不存在挤占经费、资金不足等现象,反而会反哺各项基础研究,中国的科研基础得以进一步提高。
高能加速器到底该不该建?
粒子物理到底到没到尽头,除了王贻芳和杨振宁高谈阔论外,其实绝大部分人都没有发言权,毕竟这未来的事情谁都不知道,只从某个方面做个简单分析!
低温工程领域
CEPC的规模极大,会有超级体量的基础建设工程投入,无疑这确实会增加GDP,促进经济发展,但CEPC的国产化率到底又几何?特别是在CEPC高端超导领域,技术层面上大部分还是国外垄断,还有外围的如真空泵、高斯仪、检漏仪也同样要依靠国外进口!
而且我们也难以通过进口设备获得技术,国内这方面技术没发展起来,却让国外厂商捡了个大便宜,会造成墙里开花墙外香的结果。但CEPC的建设同样也会促进国内低温工程的发展,在航天技术水平和医疗行业(核磁共振等)及交通行业(磁悬浮)都会长足的发展。
资金投入与科研经费比例
据王贻芳院士的费用评估,大约需要360亿人民币,而据LHC和SSC的经验,很可能超过1000亿,但2016年中国基础科研经费总投入不过822亿人民币,准确的说高能粒子物理只是基础科研发展的一个小分支,为什么要耗去几乎所有的费用来照顾这个方向?
粒子物理实验发展路线图
但无论双方的意见如何,CEPC的建设已经提上日程,如果不出意外的话十几年后我们将能看到CEPC的结果,当然只是结果,因为能不能出成果那是另一回事,也许能出,也许会像LHC那样因为各种问题修修补补好多年才开始运行,所以各位要有一些耐心!
路还很长,咱走着瞧!