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中国该不该建 超大对撞机

西安日报 2016-09-08 00:00 大字

中国现在是否该建造超大对撞机?丘成桐、杨振宁等大师级科学家近日相继“发声”论战,成为舆论热点。在这场论战中,普通公众不仅得以一窥科学前沿的最新进展,还借助网络直接参与讨论,这一现象本身就反映出科技的进步。

观点   建设超大对撞机值不值?

这场论战可以大体归纳为两方面。一是,超大对撞机的科学意义究竟有多大?哈佛大学数学系和物理系教授、菲尔兹奖得主丘成桐认为,“五十年来欧美的高能对撞机每一次得出来的重要成果,都能震撼人心”,因此应该继续建设超大对撞机,进一步探索。

而诺贝尔物理学奖得主杨振宁认为,“用超大对撞机来找到超对称粒子,只是一部分高能物理学家的一个猜想”,反对现在就将巨额资金投入其中。

二是,建设超大对撞机在经济上值不值?公开发表反对意见的王孟源曾是哈佛大学物理学博士,后转往金融界发展,他认为超大对撞机需要巨额资金,“必然会影响真科学的资金来源”,挤占其他领域的科研投资,在经济上不划算。

而中科院高能物理研究所所长王贻芳已提出“环形正负电子对撞机”建设方案,并公开预算规划——在该方案的两个阶段,“中国政府应该出资大约300亿元人民币(每年30亿)和700亿元人民币(每年70亿)”,他认为中国有财力承担,且已有成熟的大型科学工程经验,相关投入不会是“无底洞”。

疑问   高能物理研究有益人类生活吗?

杨振宁认为,70年来高能物理的大成就对人类生活没有实在的好处,未来也很难预测这类科研成果是否会给人类生活带来直接的影响和好处。“高能物理的突破之前没有、今后也无法在短中期内给人类生活带来益处,反而会对解决国内的民生问题不利。”杨振宁说道。

王贻芳表示无法认同高能物理与人类生活的脱节。“没有高能物理,就没有(或者推迟出现)触摸屏,智能手机就是一个梦想;没有高能物理,就没有WWW网页,大家就不能上网,网络经济更是无从谈起。人类从WWW网页中得到的收益,已远远大于此前对高能物理的全部投入。”

王贻芳表示,第一阶段300亿元的投入,至少使我们可以在一些技术方面实现国产化,并领先国际。分别是高性能超导高频腔;高效率、大功率微波功率源;大型低温制冷机以及高速、抗辐照硅探测器、电子线路与芯片。

丘成桐说,值得高兴的是,这一项目在美、欧等国和地区获得了广泛的支持。“美国、欧洲的物理学家都对这个项目表示支持。伴随该项目的推进,中国不但可以成为相关领域的领跑者,还可以借助项目吸引大批世界顶尖科学家到中国交流工作,甚至扎根中国,这将对中国科学发展产生巨大而深远的影响。”

丘成桐还表示,当前对第一阶段CEPC的建设,中国有一定的基础,也有信心能够完成。而升级为质子对撞阶段,国内外相关技术还需一段时间的发展,目前尚不具备。

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什么是大型强子对撞机?

2012年以来,世界一些著名物理学家呼吁中国建造大对撞机。但也有不少人反对这一耗资巨大的项目。

到底什么是大型强子对撞机?

很多人对对撞机最感性的认识来自于《三体》。在《三体》中,三体人的智能机器“智子”通过使粒子对撞机的实验出现数据随机化,锁死了人类物理进步的可能性。很多科学家难以在现有理论体系找到一个自洽的结果,最终在压力下自杀。而人类的物理知识无法进步,在与三体人的战争中便不堪一击。

对撞机的原理是通过产生高能量的粒子,对另一个粒子进行轰击,轰击可能产生出新的粒子,也可能会造成两者的相互作用,人们可以了解作用后的粒子状态,并倒推出新粒子的性质。

一位中国科技大学物理专业研究人员告诉记者,此前,最大的大型强子对撞机(LHC)位于日内瓦附近的侏罗山地下。大型强子对撞机直到现在,也没有发现任何超对称粒子存在的迹象。有科学家认为,这可能仍然是LHC的设计局限造成的。或许新的粒子中绝大多数的质量都超出了LHC可探测的能标。那么,一台更大、更强的强子对撞机,应该就能够回答我们的困惑。这也是很多科学家对中国建设新的强子对撞机寄予期待的原因。

中国对撞机是什么水平?

中国科学院大学物理科技学院副院长郑阳恒解释说,爱因斯坦曾以e=mc2的公式揭示物质质量与能量的关系,而对撞机则是将能量转换成物质的过程,其反面则是将物质转化成能量的过程,典型应用就是原子弹、氢弹的爆炸。

“用对撞机把能量加到很高,将动能转化成物质”,他说,对撞机可以产生很高能量,将动能转化成各种各样新奇的粒子。

此前欧洲大型对撞机上发现的希格斯粒子,就因其是让整个宇宙产生质量的原因,而被称作“上帝粒子”,“本来宇宙空无一物,‘上帝粒子\’却让物质产生了重量”。

郑阳恒说,目前中科院高能所在北京拥有一台正负电子对撞机,是基于电子及其反粒子,也就是正电子,在对撞机上把两个粒子能量加得比较高,发生碰撞而进行研究。

“是比欧洲大型对撞机更加干净的方式”,他说,欧洲的大型对撞机本体噪声较大,而中国的正负电子对撞机则较为干净,且研究成果已经得到国际认可,并经常与国际物理学家进行交流。

他认为,中国下一步的对撞机的发展方向,是要将能量对撞提高大约100倍,“目前还没有,但是科技实力完全具备”,装备大约需要耗资300亿元人民币。

(本组文图综合新华社、东方IC等)

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