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“中国不应建大加速器”

2019-06-05 07:08 来源:科技日报

  中国应不应该建大加速器?这一争论尚无公认答案。加速器即用电磁场驱动带电粒子,使之累积能量后迎头对撞,研究碎片产物,以寻找新的粒子。2015年开始,中科院高能物理所提出建立世界最大的加速器CEPC。两位物理学家王贻芳和杨振宁分别支持和反对这一设想。

  最近,中科院院士、南开大学物理学教授葛墨林对科技日报记者表示:他支持杨振宁,不赞同建设大加速器。

  问:您为什么不同意建大加速器?

  答:现在高能物理学的最大困难还不在于造超高能新的加速器,而是没有公认突破标准模型的可靠新理论,从而有确切检验的预言,也就是说,根本不知道做什么崭新的物理。上世纪中期开始,量子场论(尤其规范场)和夸克模型逐渐发展起标准模型,实验发现预言的渐进自由、Z、W粒子等,是很大成功。其后,除了中微子理论、实验外,就没有太大理论创新。1970年代到现在,虽然有人提出很多超越标准模型的理论,但没有哪个像标准模型提出的物理那么清楚。

  高能物理发展到现在,具有工程特点:理论上一定要特别清楚:要找什么?预计是什么样子?否则不值得投钱。

  大型强子对撞机(LHC)就明确要找希格斯粒子。验证希格斯粒子后,LHC基本任务完成,遗留大量数据继续分析处理。但它已经花了上百亿欧元,很想继续做下去,包括向更高能量发展。

  受其鼓舞,日本想建国际超高能直线对撞机中心(ILC)。但日本政府刚宣布砍掉了这个项目。原因很简单:不知道做什么物理,花费巨大,不值得。

  问:超弦理论不能去测吗?

  答:超弦理论在思维上有启发,但它缺乏实际物理后果,没提出很多可测的东西。我记得,弗里曼·戴森(美国物理学家)15年前来南开,跟我说过,50年之内根本不可能去测量的东西,不要去搞。有人提出造大加速器去检验宇宙初期的奇点,这是我无法理解的。

  问:有意见指出,美国当年下马超级加速器项目SSC,使物理研究中心转移到了欧洲。您怎么看?

  答:在当代,高能物理已不是物理关注的重点,更谈不上“中心”。美国20多年前砍掉了SSC,我认为不是傻。美国支持的项目花钱不多,但支持奇思妙想,巧中取胜,切中物理发展的核心,也出了很多诺贝尔奖。LHC花了那么多钱,也只是验证了Higgs几十年前写的两三篇文章,为Higgs拿了一个诺奖。

  CEPC的造价,我听到的数字:一开始提的是300亿元。但这个数字不包括基建。挖那样大直径、那样深的一个隧道,单位成本高过地铁,可想这笔数目小不了。

  当初美国为什么把SSC已经挖好的一部分洞都填上,就是怕不断加码钓鱼——“钱已经花了,不继续花也不行。”当时已投入20亿美元,断然下马,这是正确的。另一方面,后来美国在他们大力支持的领域,收获极大。

  有报道称一些国外学者积极支持CEPC,我建议他们首先应当说服他们的政府出资加入这个方案。

  问:CEPC的支持者指出不存在资金无底洞,一个理由是国内关键技术比较成熟,而且人员项目经验丰富。

  答:我们的技术和人才实力,与欧洲还无法相比。比如加速器的核心技术是强磁场,LHC能建成,因为欧洲有磁场技术。而我的了解是,中国的超导磁场技术做不出用于这种加速器的强磁场,甚至连准确测量强磁场也做不到。造出CEPC需要的强磁场,还需要有理论上、材料的突破,并不容易。

  我国在单、双环对撞机分支有些人才,距LHC要求甚远。而在LHC工作的多为数据分析人才。中微子实验离此目标也甚远。

  问:通过CEPC带动关键技术突破,这也是一种效益吧?

  答:与其说加速器带动技术突破,不如说它是将现有的技术用上。我认为,如果国家觉得强磁场技术有用,那就给强磁场课题,没必要扯上高能物理。

  现在国家急需做的事很多。核废料处理需要造加速器;散裂中子源已列世界四大实验室之一,其后续需大力支持,才能测量轮机叶片材料;再如各种光源;再如我国半导体器件落后,源于基础太差。但现在,我国物理所已有MRAM(磁阻内存)下一代器件的专利,如果技术转移成功,将可能根本改变行业面貌,但我没看到有人呼吁向这个关键方向投资。

  问:不建大加速器的话,我们靠什么发现高能量区的物理?

  答:探测宇宙射线。高能粒子发现历史上,宇宙射线起了很大作用。

  王淦昌先生在1990年代跟我说过,靠加速器要发现TeV级的粒子,几乎不可能。但是TeV级的宇宙射线,虽然不知道原因,总是会来的。我们要发展宇宙射线,花钱不多,耐心积攒数据,到一定程度就有重要发现。

  我同意王先生的观点。可惜我们国家对宇宙射线不够重视,因为加速器三、五年能做出来成果,而宇宙射线或许要积累十年甚至更长时间。

  问:探测宇宙射线更有前途,这有什么证据吗?

  答:比如中科院2015年年底上天的“悟空”卫星,不久前发现一个1.4TeV左右的突起信号,可能是新粒子的迹象。“悟空”这样的探测项目也就花几个亿,还搭载不止一种探测器。

  在此前,美国花1000多万美元在南极放气球,我国学者通过数据分析发现了以前没发现的高能粒子的迹象,虽然误差比较大;受此启发,欧洲、美国后来也证实有数据突起。有人猜它可能会突破标准模型。这可能是对王淦昌先生预见的支持吧。

(责任编辑:王蔚)

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