超大对撞机,让科学大咖“开杠”

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  最近,关于中国要不要建超大对撞机再度成为热门话题。其实这个问题早在2016年就有一次争论,当时诺贝尔物理学奖得主杨振宁公开站出来反对,表示支持的则有著名数学家丘成桐等人。孰是孰非成为大对撞机项目能否获得国家支持的关键。
  对撞机是一种科学研究的基础设施,主要应用于粒子物理领域。这个领域研究的是一个基本问题——构成宇宙的物质到底是什么,以及构成物之间是如何互相作用的。借助先进的观测工具,科学家先后发现了原子、原子核、核子、夸克……现在要观测更微小的物质靠什么呢?科学家决定制造一个加速器,增加各种粒子的动能,让它们相互作用,动能越高,越能看清细微结构。
  对撞机就是粒子加速器的一种。它同时加速两束粒子,让它们发生碰撞,这样就可能碰出新的粒子来。美国的一位物理學家曾经通俗地解释说,对撞机就像一把锤子,用它使劲砸墙时,并不确定能砸出什么东西,但要是没有这样一把锤子,肯定砸不开墙。
  对撞机可以带来极高的动能,但建造比较麻烦,成本非常高。截至目前,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)可以说是世界上最强大的。2012年,科学家利用这把“锤子”砸出了具有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子,代价是上百亿美元的经济成本和十余年的时间成本。
  中国的粒子物理学家也一直希望能有一把像样的“锤子”。早在上世纪70年代,中科院高能所就提出要建造一台全世界最强的质子加速器,后来出于多方面考虑,这个计划未能如期实施,取而代之的是,我国建造了一台能量较低的北京正负电子对撞机(BEPC)。
  希格斯玻色子被发现不久,中国物理学家王贻芳就提议建造一台环形正负电子对撞机(CEPC),按照设想,它将比欧洲大型强子对撞机大7倍、精度高10倍。这个计划提出后得到了世界多国数百名科学家的支持,其中包括丘成桐、丁肇中等知名学者,但也遭到不少人的反对,其中最知名的就是杨振宁。

  反对者的疑虑主要有两个,一是成本问题。环形正负电子对撞机需要建设一个长达100公里的环形轨道,造价少说也要300亿元人民币,多则可能达到上千亿元。这笔钱在科研领域可不是一个小数目。国家每年的科研经费就那么多,你这里占多了,别人的科研项目就会吃亏。
  二是专业界对粒子物理学未来方向存在分歧。杨振宁强调“盛宴已经结束”,认为粒子物理研究早该走出对撞机范式、寻找其他突破口。这是学术之争,属于见仁见智的问题。
  吃瓜群众也有担忧,觉得花这么多钱还不知道能砸出什么,不如把钱用到看得见摸得着的地方。但也有人反对这种观点,认为几百亿元修高铁只能修几十公里,一台对撞机或许能带来新的世界认知。
  超大对撞机到底该不该建?我想经过充分讨论后,专业决策者会很快做出明智的决定。
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