成为下一个高能物理的世界领袖,中国可以么

文章来源:知识分子

纵观当今世上,有能力建造希格斯工厂的,只有少数几个国家和地区,中国已经是其中之一

绘图:王若男编者按●○年7月,在欧洲核子中心的大型强子对撞机上发现希格斯粒子后,为了进一步精确研究希格斯粒子的性质,欧洲、中国、日本、美国都有意建设专门的大型对撞机。围绕着下一代大型对撞机的建造,之前已经有很多的讨论,本文重新审视花费几百亿建造这种大型科学装置背后的理由、现状,以及中国是否最终可能主持建造的可能性。

撰文

邸利会

责编

陈晓雪

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全文1万7千余字,分五个部分:

1古老的问题

介绍二战后持续至今的和平时期,粒子物理的进展伴随着大型加速器的建造,随之而来的是政府和社会的疑问,说明相对于小科学,大科学的特殊性和它所面临的决策挑战。2推开新世界的大门集中解释为什么要进一步研究希格斯粒子的性质,为何它在科学上具有不可替代的重要性。

3专门的希格斯工厂

解释既然大型强子对撞机已经发现并大量产生了希格斯粒子,为什么还要“另起炉灶”,建造专门的大型对撞机?4谁拥有下一个旗舰?展现围绕着建设希格斯工厂,欧盟、中国、日本、美国粒子物理学界已经取得的共识,以及这四家潜在的主持建造者的现状和竞争态势。

5万里长城

重点叙述中国在建造希格斯工厂方面的经过以及现阶段取得的成绩,讨论在目前按照原计划即将进入开工建造阶段时,是否可能获得国家层面的正式批准。

图年10月,罗伯特·R·威尔逊(RobertR.Wilson,高举手者)在主环加速器(theMainRing)奠基仪式上

图源:费米实验室

1古老的问题

如果威尔逊能活到现在,或许他会拍着肩膀,用慈爱的目光安抚他的这些后辈们——“嗨,孩子们,别怕,你们的这些个遭遇,我一早就经历了。”

大概半个世纪前,在年4月17日,作为费米实验室的主任,威尔逊在原子能联合委员会面前作证,为的是造一台质子加速器。[1]

主持会议的参议员约翰·帕斯托(JohnPastore),一次次不厌其烦地问,这台加速器是否有助于国家安全?

“不能”,几乎没犹豫,威尔逊干脆地说。

帕斯托本想支持这个项目,对威尔逊的回答,他多少有些不甘。

最后,帕斯托换了种方式问,这个加速器是不是有助于保持对苏联的竞争力?

这时,威尔逊说出了这段日后传为美谈的话——

“只能从长期来看,(这个研究带来的)技术发展可以;除此之外,这仅和如下有关:我们是不是好的画家、好的雕塑家、好的诗人?我的意思是,(该项目)只和我们这个国家所尊崇的所有那些美好的事物有关,因为它们的存在,我们爱这个国家。从这个意义上,这个项目带来的新知识,与荣誉、与爱国有关,和国家安全没有一点直接的关联——只是我们觉得,做这件事,让这个国家更值得被保卫。”

战后核物理学家的地位虽不比从前,但当时美苏争霸,是否建立反弹道导弹系统正在激烈的辩论中,威尔逊哪怕往国防上蹭个一星半点,这个项目获批的概率都会大大增加。

但威尔逊没有选择这样做,他选择了实话实说。他所争取的质子加速器,纯粹是为了揭示自然的奥秘。他说——

“造这台机器有望解答人类长久以来的一些疑问,比如,有没有对自然的更简单的理解,用几种而不是这么多的‘基本’粒子就可以解释一切物质和生命复杂性。”

对于这些科学上的描述,一般人即使能听懂个大概,也不见得会有强烈的共鸣。事实上,整个听证会更多地集中在“非科学”的层面,参议员们关心的仍然是,科学之外,建这个加速器,还有别的用处么?

例如,帕斯托就曾在听证会上连珠炮似地诘问——

全国还有多少人在忍饥挨饿,住在老鼠乱窜的房子里,花2.5亿美元建造这台机器,究竟能做出什么发现?你们号称找“想象中的未知的力”,却反对建造反弹道导弹系统,说做不成,到底能不能做成?是不是只有教育和学术方面的价值?到底是送人上月球更重要呢,还是先喂饱挨饿的孩子更重要……

通常来说,一个基础性的科研项目,科学的目的本身就够了,但依赖于大型科学装置的粒子物理实验,似乎是个例外。

在二战后持续至今的和平时期,在失去国防这一最大的“正义”后,面对政府和社会的疑问,威尔逊和他的后辈们,需要为粒子物理这个领域的继续发展(通常伴随着大型加速器的建造)寻找一个有说服力的支撑。

如果直接的科学理由一般人不容易听懂,那只好搬出间接的经济的、技术的、社会等层面的理由。

威尔逊就举出了核能的例子,“如果不是早期对核能的基础性探索,就不可能有核电站,我们今天站在这就吸不上洁净的空气”。

他还提到,长期来看,基础研究的结果会带来直接的新的技术,另外,因为加速器涉及的都是很奇特、实现极其困难的技术,也会间接带来相关的技术进步,例如斯坦福大学直线加速器的速调管,早期回旋加速器研究的真空泵,以及在战时非常有价值的高频振荡器管,计算机技术,所有这些都源自加速器的工作......

有趣的是几十年过去,粒子物理学家们,还不得不继续为一个本来是探索科学的项目,拿这些“科学之外”的理由作“挡箭牌”。最近有关建造下一代对撞机的讨论,某种程度上,也是这种尴尬情形的延续。

年7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)宣布,在瑞士日内瓦近郊的大型强子对撞机(LHC)上发现了酷似希格斯(Higgs)的粒子。不久后,中国、欧洲、日本的高能物理学家陆续宣布,他们将建造称之为“希格斯工厂”的对撞机,以精确测量希格斯粒子的性质,期待找到超越标准模型的新物理。而美国在宣布支持日本的希格斯工厂计划后,最近也在跃跃欲试,筹划主持建造希格斯工厂。

不出意料,问了几十年的“老问题”再次浮现——

人民可以负担得起么?是不是有其他更需要花钱的事情?会不会挤占了其他领域的经费……

围绕中国是否主持建造希格斯工厂,过去几年中,也发生了激烈的辩论,引来了社会公众的极大


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