中國(guó)日?qǐng)?bào)11月18日電（記者 程盈琪）從萬維網(wǎng)到iPad使用的觸屏技術(shù)，從X光診斷技術(shù)到Linux電腦系統(tǒng)，這些日常生活中廣泛使用的技術(shù)全都來自于一個(gè)最“不接地氣”的學(xué)科：粒子物理學(xué)。
隨著中國(guó)已經(jīng)服役了25年的粒子對(duì)撞機(jī)在幾年內(nèi)即將退役，中國(guó)的高能物理學(xué)家們也勾繪未來宏大的藍(lán)圖：他們希望把世界高能物理學(xué)的中心從歐洲移到中國(guó)來。
“高能物理學(xué)的特點(diǎn)就是，哪里有最先進(jìn)的儀器，全世界的科學(xué)家就會(huì)集中在哪里，” 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所所長(zhǎng)王貽芳在接受中國(guó)日?qǐng)?bào)專訪時(shí)表示。近日，王貽芳及其團(tuán)隊(duì)完成了環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）和超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SPPC）的初步概念設(shè)計(jì)，這兩臺(tái)機(jī)器將是對(duì)目前世界上最大的機(jī)器—?dú)W洲核子中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的全面升級(jí)。
“上世紀(jì)90年代，LHC項(xiàng)目開始的時(shí)候，中國(guó)的高能物理學(xué)界還沒有積累足夠的人力物力和歐洲核子中心（CERN）進(jìn)行大規(guī)模的合作，” 王貽芳告訴記者。2012年7月， CERN宣布成功捕捉到了被稱為“上帝粒子”的希格斯粒子，這是物理學(xué)界幾十年未有的重大突破，而中國(guó)對(duì)這一發(fā)現(xiàn)的貢獻(xiàn)卻有限。
事實(shí)上，從2005年開始，中國(guó)的科學(xué)家們就開始為中國(guó)高能物理的未來進(jìn)行籌劃?！拔覀円淮斡忠淮蔚赜懻?，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）退役以后，我們的未來將是什么樣的，” 王貽芳說。
BEPC：未實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想
上世紀(jì)70年代，當(dāng)歐洲人開始提出大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（LEP，完成任務(wù)后被改成LHC）的概念時(shí)，中國(guó)也想建造一臺(tái)屬于自己的大型加速器。開始，中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)50GeV的方案，后來的事實(shí)證明，這一方案“大大高估了當(dāng)時(shí)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力”，參與BEPC設(shè)計(jì)及施工的中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張闖告訴記者。
在科研經(jīng)費(fèi)拮據(jù)的情況下，1980年，鄧小平親自批準(zhǔn)，撥款2.4億元建造了北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）。由于預(yù)算有限，BEPC的加速周長(zhǎng)僅有240米，能量2.3GeV，僅相當(dāng)于LEP的1/50。2004至2009年，國(guó)家投資6.4億元對(duì)BEPC進(jìn)行重大改造工程，改造工程完成后，每年撥款9 千萬元用于BEPC的運(yùn)行和維護(hù)。BEPC在較低能量級(jí)別的粲夸克和τ輕子物理方面發(fā)展出了具有特色的研究領(lǐng)域，吸引了世界各地?cái)?shù)以百計(jì)的高能物理學(xué)家來到BEPC進(jìn)行研究。但是，受到能量的限制，BEPC并無法用于探索希格斯粒子等更加前沿的領(lǐng)域。
后BEPC時(shí)代：做夢(mèng)想的追逐者
盡管BEPC能達(dá)到的能量有限，它卻為我國(guó)培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的高能物理學(xué)家，其中很多人又通過在如LHC等國(guó)際大型項(xiàng)目上的工作經(jīng)驗(yàn)，豐富了自己的經(jīng)歷?！暗?020年，BEPC的科學(xué)目標(biāo)就基本完成了，屆時(shí)在BEPC工作的一大批科學(xué)家就可以投身于新的項(xiàng)目中，” 王貽芳說。
這次預(yù)研的項(xiàng)目包括兩個(gè)階段：項(xiàng)目一期的目標(biāo)是建成一個(gè)50-100公里周長(zhǎng)的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)CEPC，能夠大量產(chǎn)生希格斯粒子，第二階段是要將CEPC改建成一個(gè)能量級(jí)別高達(dá)LHC八倍的超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)。資料顯示，LHC的建成花了10年時(shí)間，耗資數(shù)十億美金。對(duì)于CEPC的造價(jià)，王貽芳預(yù)計(jì)將不會(huì)超出LHC。同時(shí)，由于LHC有約20%的資金來自歐洲以外的國(guó)家，王貽芳認(rèn)為，我國(guó)也應(yīng)該采取國(guó)際合作的方式，為CEPC項(xiàng)目爭(zhēng)取30%左右的國(guó)際資金支持。除此之外，在技術(shù)方面，該項(xiàng)目也將獲得國(guó)際科學(xué)界的一致支持，普林斯頓高等研究院的Nima Arkani Hamed告訴記者。
高能物理有什么用？
既然高能物理研究如此耗資巨大，為何世界各國(guó)的政府會(huì)紛紛通過預(yù)算，投資這些“大玩具”呢？難道僅僅是為了滿足對(duì)宇宙起源的好奇心，或者是想得上幾個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)嗎？事實(shí)上，高能物理研究的“副產(chǎn)品”對(duì)于提高一個(gè)國(guó)家的工業(yè)制造能力、改善國(guó)計(jì)民生是至關(guān)重要的。
“高能物理研究的是我們并不了解的那些粒子的性質(zhì)，因此我們?cè)谘芯康臅r(shí)候完全沒有現(xiàn)成的工具可用。所以，高能物理的進(jìn)步，依靠研究人員從零開始設(shè)計(jì)和建造研究的工具、儀器，” 王貽芳說。在這個(gè)從零開始的過程中，產(chǎn)生了不少意外驚喜。
萬維網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)就是一個(gè)粒子。1989年，英國(guó)科學(xué)家Tim Berbers-Lee在為CERN工作的時(shí)候，為了讓在CERN工作的不同國(guó)家的人能夠更方便地傳輸數(shù)據(jù)而發(fā)明了萬維網(wǎng)。對(duì)中國(guó)而言，建造BEPC的過程也大大提高了我國(guó)在微波元器件和雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)方面的工業(yè)水平。
美國(guó)西北大學(xué)的Heidi Schellman教授曾經(jīng)做過一個(gè)比喻：一個(gè)人突然想去攀登珠穆朗瑪峰，這件事本身確實(shí)不會(huì)直接對(duì)其他人的生活產(chǎn)生影響。但是，抓絨衣和防水材料一開始卻是為專業(yè)的登山者發(fā)明，并逐漸降低價(jià)格而被廣泛使用的。
激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)
盡管大型科學(xué)儀器能帶來種種的好處，其昂貴的花費(fèi)并不是所有國(guó)家都能負(fù)擔(dān)的。上世紀(jì)70年代末，美國(guó)幾乎和LHC同時(shí)地啟動(dòng)了一個(gè)更為野心勃勃的項(xiàng)目：在德克薩斯州建一個(gè)加速周長(zhǎng)87公里的超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)（SSC）。項(xiàng)目一開始就因其高達(dá)80億美金的預(yù)算而飽受詬病。1993年，一個(gè)當(dāng)?shù)胤菭I(yíng)利組織發(fā)表了對(duì)該項(xiàng)目的審計(jì)報(bào)告，稱項(xiàng)目過于昂貴且管理混亂。同年，美國(guó)國(guó)會(huì)叫停了SSC項(xiàng)目，截至那時(shí)，該項(xiàng)目已經(jīng)花費(fèi)了20億美元。
“SSC的叫停對(duì)于美國(guó)的高能物理學(xué)界來說簡(jiǎn)直是個(gè)災(zāi)難。就在一夜之間，我們把一個(gè)自己領(lǐng)先了幾十年的領(lǐng)域拱手讓給了歐洲，” ，普林斯頓高等研究院的Nima說。不僅如此，自那以后美國(guó)的整個(gè)科學(xué)界都發(fā)生了一些變化?！拔覀儽疽詾镾SC的錢會(huì)被放到另一些大項(xiàng)目上，但是這樣的事情并沒有發(fā)生。相反，叫停了SSC，美國(guó)的科學(xué)家再也不認(rèn)為這里能做成什么大項(xiàng)目了，所有人在談及未來時(shí)，都變得畏首畏尾，”Nima說。
現(xiàn)在，美國(guó)沒有完成的宏大計(jì)劃又有了新的嘗試者，而且不止一個(gè)。據(jù)悉，目前CERN也在制定一個(gè)與中國(guó)類似的新一代加速器的計(jì)劃，而日本則早就開始了需要更高技術(shù)、造價(jià)更為昂貴的直線加速器的設(shè)計(jì)。“不管競(jìng)爭(zhēng)如何激烈，全世界只可能有一臺(tái)100TeV對(duì)撞機(jī)，最終的勝負(fù)取決于誰的設(shè)計(jì)是最好的，誰能得到經(jīng)費(fèi)，”王貽芳說
Nima認(rèn)為中國(guó)在這輪競(jìng)爭(zhēng)中很有優(yōu)勢(shì)，他說，“不管新一代加速器建在哪里，研發(fā)和建造它都需要一大批新鮮血液的投入。而中國(guó)有充足的人才資源，只需進(jìn)一步雕琢，他們就能讓這個(gè)夢(mèng)想成真。”此外，他認(rèn)為中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，以及中國(guó)提高基礎(chǔ)科研實(shí)力的愿望非常重要。“沒有哪個(gè)領(lǐng)域象高能物理這樣，全世界的研究人員都會(huì)跟著最先進(jìn)的設(shè)備走，設(shè)備本身就是一個(gè)獨(dú)立的單元，它對(duì)誰居于學(xué)科的領(lǐng)導(dǎo)地位起著決定性作用。”
附件下載：
