盡管CEPC的建設已經提上了日程,但大型對撞機的討論熱度壹直都不減!從上世紀七十年代開始,楊振寧反對建設大型對撞機的態度壹直都沒有改變過,1990年代美國下馬了SSC(超導超級對撞機),世界輿論壹片嘩然,而此時中國上馬大型對撞機的建設,直接引發了大討論!
對撞機是幹嘛的?
盧瑟福用?粒子散射發現了原子核,此後又發現了質子!?粒子是兩個質子和兩個中子構成的氦核,它高速撞擊下原子核會被撞出壹些東西,科學家觀測這個撞出來物質特征即可知道物質內部的秘密。
後來科學家發現自然狀態下衰變的?粒子已經不夠用了,因此發明了加速器,在磁場的約束下,電場將帶正電的質子加速到極高的速度撞擊原子核,開啟了高能粒子物理的大發現,物理學家蓋爾曼也因此發現了誇克的存在,到上世紀六七十年代為止,這個高能粒子物理的黃金年代裏,基本已經將標準粒子模型的空格壹個個填上了,後續在建設的更大的對撞機,則是驗證標準粒子模型中提出的各種假設!比如LHC在2013年驗證了上帝粒子:希格斯玻色子的存在!
2012年9月,高能所提出建設CEPC-SppC,這是壹個比任何壹個對撞機規模都要龐大的CEPC-SppC,它的能量是LHC的7倍,直徑達到了50-70千米,造價超過300億人民幣!
為什麽楊振寧要反對建設大型對撞機?
對撞機確實非常好,對於微觀世界的發現,沒有對撞機寸步難行,但它的建設費用極高,沒有經濟實力是萬萬不可的,所以上世紀七十年代要建設對撞機時,楊振寧斬釘截鐵的表示反對,認為造壹個落後西方十年的對撞機不如將錢投入基礎建設,而這個策略也成功了,此後的基礎科研項目得到了大力發展,為後期863計劃展開奠定了堅實的基礎。
我們現在有錢了,為什麽還不建設?
壹直以來楊振寧對建設對撞機就表示明確反對,但從七十年代到二十壹世紀,理由卻不壹樣:
The party is over.?盛宴已過,高能粒子物理的黃金時代已經過了,這是楊振寧在2019年4月29日國科大禮堂發表演講時候給出的中心思想,其實這句話楊振寧在八十年代的時候就已經說過了,高能粒子物理的黃金時間已過!
國科大禮堂的提問學生
粒子物理的大框架早已經搭建完畢,比如對稱性,拉氏量,路徑積分,規範場,重整化,自發對稱性破缺,有效場論等等都已經非常成熟,要做出大成績,沒有突破性的理論支持是不可能的,當然也並不是說粒子物理已經走到盡頭,還有如超對稱 ,磁單極子等拓撲相關的概念,馬約拉納費米子,額外維等仍然是壹片空白。
但在粒子物理的黃金年代裏,幾年甚至幾個月就能產生壹個世界級的發現!但到了現在這個後粒子物理時代,想要出成績,只有不斷的砸錢,比如LHC的造價高達700億人民幣,它在2013年發現的希格斯玻色子確實非常重要,但整體而言,不如六十年代壹個小小的加速器成績來得更大。
因此楊振寧認為,再往下走,投入的是100%的資金,回報的可能連1%都不到!而且楊老認為,當前研究粒子物理的頂尖人才都在歐美,我們那麽大壹個工程,可能還要請人來研究,為人做嫁衣?
另外從美國SSC加速器和歐洲LHC加速器建設經驗來看,資金超標3-4倍是常態,甚至5-10倍也不意外,CEPC早期造價估算200人民幣,的那實際耗資很可能超過1000億,這是壹個無底洞!
支持者又是什麽理由?
王貽芳簡介
中國高能物理界的領軍人物,他在大亞灣發現了第三種中微子振蕩方式,大亞灣中微子實驗成果入選《科學》年度十大突破,發現前兩種中微子振蕩方式的科學家都已經獲得了諾貝爾獎,因此王貽芳也是全球物理學界未來幾十年裏最有可能獲得諾貝爾獎的科學家之壹。
支持建設的理由
無疑王貽芳的理由也十分充分,比如楊振寧認為的盛宴已過王貽芳就表示不同意,他認為目前的粒子物理標準模型只是壹個在低能情形下的有效理論,需要繼續發展更深層次的理論,需要高能加速器來支持,因為更深層次的物理發現會在希格斯粒子的更精確測量下露出蛛絲馬跡!
CEPC還能測量希格斯粒子的自耦合,確定希格斯場參與的真空相變的形式,這對宇宙的早期演化具有重要意義。如果發現新的希格斯粒子耦合形式、新的伴隨粒子、非點結構的希格斯粒子,或其它與標準模型的偏差,還需進行第二階段,建造大型質子對撞機,前途壹片光明!
並且CEPC的建設可以加大的加速基礎建設,比如低溫領域,超導設備建設等等,這些工程又帶動另壹波基礎建設,這是壹項良性循環,根本不存在擠占經費、資金不足等現象,反而會反哺各項基礎研究,中國的科研基礎得以進壹步提高。
高能加速器到底該不該建?
粒子物理到底到沒到盡頭,除了王貽芳和楊振寧高談闊論外,其實絕大部分人都沒有發言權,畢竟這未來的事情誰都不知道,只從某個方面做個簡單分析!
低溫工程領域
CEPC的規模極大,會有超級體量的基礎建設工程投入,無疑這確實會增加GDP,促進經濟發展,但CEPC的國產化率到底又幾何?特別是在CEPC高端超導領域,技術層面上大部分還是國外壟斷,還有外圍的如真空泵、高斯儀、檢漏儀也同樣要依靠國外進口!
而且我們也難以通過進口設備獲得技術,國內這方面技術沒發展起來,卻讓國外廠商撿了個大便宜,會造成墻裏開花墻外香的結果。但CEPC的建設同樣也會促進國內低溫工程的發展,在航天技術水平和醫療行業(核磁***振等)及交通行業(磁懸浮)都會長足的發展。
資金投入與科研經費比例
據王貽芳院士的費用評估,大約需要360億人民幣,而據LHC和SSC的經驗,很可能超過1000億,但2016年中國基礎科研經費總投入不過822億人民幣,準確的說高能粒子物理只是基礎科研發展的壹個小分支,為什麽要耗去幾乎所有的費用來照顧這個方向?
粒子物理實驗發展路線圖
但無論雙方的意見如何,CEPC的建設已經提上日程,如果不出意外的話十幾年後我們將能看到CEPC的結果,當然只是結果,因為能不能出成果那是另壹回事,也許能出,也許會像LHC那樣因為各種問題修修補補好多年才開始運行,所以各位要有壹些耐心!