當前位置:滾動 > 正文

建設資金高昂引爭議 中國對撞機真正建成或等到2030年

2019-12-10 10:50:06  來源:第一財經

7年前,在法國和瑞士邊境的歐洲核子研究中心(CERN,下稱“歐核中心”)運行的大型強子對撞機發現了難以捉摸的希格斯玻色子。這一被稱作“上帝粒子”的基本粒子的發現,解決了可追溯至幾代人的諸多基本科學爭論。“希格斯場”的提出者、英國愛丁堡大學物理學家彼得·希格斯眼眶濕潤,連連感嘆:“難以相信在我有生之年看到它的發生。”

大自然就像是一個淘氣的精靈,早早地把“禮物”藏在宇宙的每一個地方,而科學家的使命,就是耗盡畢生的力氣,找出這些神秘的“寶藏”。為此,他們要不斷通過新的觀測方法,拓寬自己的觀測邊界。而“對撞機”就是目前人類最接近微觀世界真相的科學探針。

建一座“希格斯粒子工廠”

坐落于日內瓦與法國邊境大型強子對撞機耗資上百億美元,由上百多個國家花費了數十年時間才將它建成,這也是世界上至今為止最大的機器。它能以接近光速的速度發射質子,并讓它們相互碰撞,以幫助科學家了解宇宙的原理。

希格斯玻色子的發現使得整個科學界為之激動。這一發現不僅證實了粒子物理標準模型預言的完整粒子譜,同時希格斯玻色子也和粒子物理前沿大量未解之謎息息相關。這些未解之謎包括物質和能量的起源,暗物質的本質,宇宙的穩定性等等。希格斯玻色子的發現,為這些問題的探索提供了絕佳的探針。

大型強子對撞機不僅發現了希格斯玻色子,還能夠對其性質進行測量,這也是全球高能物理實驗的工作重點。如果把希格斯玻色子性質的精確測量比做一個觀測窗口,那么科學家們迫切希望能通過這個窗口、去觀測更遠、更為基礎的物理規律。

參與確認希格斯粒子實驗的美國杜克大學物理學家詹姆斯·比徹姆曾說,大型強子對撞機就像一把“錘子”,如果你不知道希格斯玻色子是否存在,首先要做的就是拿出一把巨大的錘子,使勁砸墻,直到希格斯玻色子突然蹦出來。

為了提高希格斯粒子性質的測量精度,歐核中心還計劃建造一臺大型強子對撞機的繼任者——未來環形對撞機(FCC),與“錘子”不同,它更像一把“鑷子”,能以遠超大型強子對撞機的精度、對希格斯玻色子性子進行精確測量。

在希格斯粒子被發現后,中國高能物理學界在2012年,也開始討論環形正負電子對撞機(簡稱:CEPC)的建設。由于中國的CEPC會產生比歐核中心多很多倍的希格斯粒子,所以被稱為“希格斯粒子工廠”。

建設資金高昂引爭議

CEPC概念的提出早于歐盟提出FCC,經過充分國際交流,目前兩個方案的設計都基于100公里的環形正負電子對撞機。目前CEPC項目的概念設計和國際評審都已經完成,不過由于建設資金高昂,這一方案目前引來多方爭議。據初步預估,CEPC一期項目的投入接近400億人民幣。

最大的反對聲音來自物理界的重量級人物、諾貝爾物理學獎的獲得者、97歲高齡的楊振寧。楊振寧早在2016年就明確表示:“我絕不反對高能物理繼續發展,但我反對的是中國今天開始建造超大對撞機。”

楊振寧給出了幾點理由,包括對撞機造價昂貴,美國就有痛苦的經驗;建造超大對撞機必將大大擠壓其他基礎科學的經費;此外,他還稱,一些高能物理學家希望用超大對撞機發現“超對稱粒子”,但是找“超對稱粒子”已經有很多年了,完全落空。

對此,中國科學院高能物理研究所研究員阮曼奇在第一財經記者獨家專訪時,給出了幾點回應。阮曼奇對第一財經記者表示:“我們的科學驗證已經做到了全世界的最高水平;大自然給了我們一個窗口,告訴我們那里有東西,我們肯定應該去看一看;如果CEPC能建成,將成為人類探索微觀世界的真正前沿。”

中國科學院高能物理研究所是CEPC落地的主要力量,從CEPC初始的設計規劃工作到最終的建設實施都將由高能所來負責。阮曼奇也曾于2014年至2015年在歐核中心當研究學者。

他告訴第一財經,自2012年概念提出以來,中國高能物理學界于2013年正式啟動了項目的預研,并于2015、2018兩個時間節點,完成了項目的初步概念設計報告(Pre-CDR)和概念設計報告(CDR),并進行了嚴格的國際評審。“目前,我們已經完成了項目的初步設計藍圖,基本知道了每個子系統需要的性能指標。”他說,“在接下來的幾年內,我們希望能拿出細致的設計方案,精確到每一個螺絲怎么擰。”

他透露,CEPC在論證階段就已經投入了上億人民幣的資源,目前迫切需要下一個5年的時間,來完成下一階段的技術設計報告。“這就是精確到每個螺絲怎么擰的階段,至少要10億人民幣的費用。”阮曼奇對第一財經記者表示,“同時,我們希望能盡快得到政府的支持,這對項目國際合作的展開、吸引全球的人才和技術至關重要。”他預計,中國政府在這個項目中的投資占比將達到80%左右。

盡管科學前景一片大好,但是用納稅人的錢來修建一個至少在未來幾十年里無法對人類生活帶來實際改變的項目,這引發了輿論的反響。一位在美國MIT任教的中國科學家對第一財經表示:“這么貴的實驗,我認為還是應該謹慎對待,需要更多理論的支持再做出決定。”

CEPC的辯論還反映了國際科研界近年來對于“大科學項目”的態度。在鼓勵全球科研合作的同時,一些科學家提出普通民眾對于科研決策也應該有知情權和影響權。

世界頂尖科學家協會主席、2006年諾貝爾化學家得主羅杰-科恩伯格(Roger Kornberg)對第一財經記者表示,自己是“大科學項目”的“批判者”而不是“倡導者”。他談到了50年前一個關于斯坦福射線同步加速器的高能物理項目,并稱:“這個項目把電子聚合起來,產生大量的光子,人們用這種技術來解決微分子的演示問題。‘大科學’有它存在的必要,但是很多問題通過‘小科學’能夠更好地解決。”

他批評了二戰以來科學領域發生的趨勢,也就是科技進步越來越仰賴通常由政府機構雄厚資金贊助的大規模項目推動。“我們對一些科學工程產生了很大的疑問,因為使用1/10或者1/100的經費也能取得同樣的效果。”科恩伯格表示。

與歐洲“搶時間”

第一財經了解到,CEPC這樣浩大的工程從開工建設到完工至少需要8年時間,也就是即便得以在未來兩年內啟動,真正建成也要等到2030年左右。不過一旦建成,中國的CEPC項目將代表國際最先進的水平。

“建成后,將成為人類探索微觀世界的真正前沿。”阮曼奇告訴第一財經。但他也擔心,如果CEPC無法按計劃啟動,錯過了建設的最佳時間窗口,那么就將錯失可能領先全球的主導地位。

“我們相比歐洲雖然技術上、經驗上確實存在一定的差距,但是可以通過時間和成本兩方面的優勢來占得先機。”阮曼奇告訴第一財經記者,“但如果一直懸而不決,那么兩方面的優勢就都不存在了。”

他告訴第一財經記者,相比于CERN,CEPC的優勢有兩個,第一是我們的時間線更靠前;第二是我們的建設成本較低,基本相當于FCC造價的一半。“CEPC的造價目前估算為360億人民幣;而FCC的造價則估算為100億美元。我們會盡可能國產化大部分器件,以降低建設成本。”阮曼奇表示。

在談起歐核中心對撞機建成之初時的情形,日內瓦大學物理系教授尼古拉斯-吉森(Nicolas Gisin)對第一財經記者表示:“1954年戰爭剛剛結束,沒有人反對這一浩大的科學工程,他們甚至充滿喜悅地看到這個項目得以實施。”

CERN的存在確實為科學做了很大的貢獻,并推動了全球創新的發展。萬維網的雛形最初就是用來給CERN傳輸數據的,CERN也因此成為了萬維網的發源地,此前還都是局域網一統天下。

不過對于60多年后歐核中心的發展,吉森教授也難下定論。“我不知道他們還能怎樣再使自己變得更大,歐核中心的未來可能不會非常光明。”吉森教授告訴第一財經記者。

已有國內產業界人士正在摩拳擦掌,他們在等待大型項目推動國產科研儀器領域迎來大爆發。“科研創業者們都在等待,他們能夠借此項目開發大量的自主知識產權儀器設備,擺脫對進口儀器設備的依賴。”一位從中國科學院走出來的創業人士告訴第一財經記者。他認為,一旦這個數百億規模的項目建起來,將會帶動磁場技術、微波技術、探測器、真空、電子學甚至是軟件領域的眾多技術創新。

高能物理仍有發展前景

現代物理學有兩大分支,其一是凝聚態,典型的應用包括超導和納米材料;其二是二戰結束后發展起來的高能物理學,從2012年希格斯玻色子的發現到今天,高能物理學領域為諾貝爾物理學獎貢獻了超過三分之一的科學家,意義非常重大。

無論是楊振寧還是其他反對CEPC的人士都毋庸置疑的一點是,高能物理學仍需要繼續發展。楊振寧曾表示:“不建超大對撞機,高能物理就完全沒有前途了嗎?我認為至少有兩個方向值得探索,首先是尋找新加速器原理;其次是尋找美妙的幾何結構,如弦理論所研究的。這兩方面的研究都不那么費錢,符合當今世界經濟發展的總趨勢。”

在今年中國科學院成立70周年之際,另一位物理學界的重量級人物、華裔諾貝爾物理學獎得主丁肇中受邀演講。他在講話快結束時,話峰一轉,說道:“我的大多數實驗,受到很多人的反對,他們認為我的實驗沒有物理意義,極其困難,不可能成功。”丁肇中曾經因為堅持做高能物理研究、建加速器等主張,直面過國際同行的不少質疑。

對此,阮曼奇對第一財經記者表示:“面對未來的不確定性,物理學發展需要新的觀測方法,告訴你新的東西,大家有不同看法,但是環形對撞機是一種共識,那里幾乎保證能有東西。大自然為我們提供了一扇窗口,我們為什么不去看一看呢?”

同時,他澄清了有媒體報道稱CEPC的最主要目標是去驗證超弦理論的說法。“我們的科學目標并不直接去驗證超弦,超弦目前沒有任何可檢驗的實驗預言,因此跟任何實驗設計都沒有關系。”阮曼奇說。

“這相當于是一個分辨率比所有現有設施都好得多的望遠鏡,會讓我們的觀測水平提升一個量級。”阮曼奇向第一財經記者解釋道。

推薦閱讀

建設資金高昂引爭議 中國對撞機真正建成或等到2030年

7年前,在法國和瑞士邊境的歐洲核子研究中心(CERN,下稱歐核中心)運行的大型強子對撞機發現了難以捉摸的希格斯玻色子。這一被稱作上帝粒子 【詳細】

Alphabet任命女科學家為董事會成員

北京時間12月10日早間消息,Alphabet周一表示,該公司已將備受贊譽的生物學家弗朗西斯·阿諾德(Frances Arnold)任命為董事會成員。阿諾德 【詳細】

智能手環手表和耳機市場高速增長 手機市場萎靡不振

智能可穿戴設備出貨量排名前五的廠商12月10日上午消息,調研機構IDC的數據顯示,2019年第三季度全球可穿戴設備出貨量共計8450萬臺,同比增 【詳細】

電子煙網售禁令一個月后:“斷網”不斷貨線下成主戰場

一直都在,從未離開。一位電子煙銷售人員在朋友圈中寫道。隨著電子煙市場的監管不斷加碼,網上銷售電子煙已被國家煙草專賣局等部門明確發文 【詳細】

京東云總裁申元慶年底離職

12月7日晚間消息,針對京東云事業部總裁申元慶即將離職的消息,京東方面回應稱,申元慶由于個人及家庭原因,將從2019年12月31日起卸任京東 【詳細】



科技新聞網版權
世界电子竞技大赛 吉林11选5最新技巧 2019买马12生肖号码图 南方双彩安装 欧冠赛程积分榜 新快赢481开奖号码近200期 贵州11选五开奖结果走势图 网警怎么抓手机麻将群主的 赖子天津麻将app 快乐8在哪里下载 pc蛋蛋网站