专题:  对撞机
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CERN物理学家沃斯评论:这不是安全的赌注

来源:澎湃新闻网 作者: 2016年09月09日 15:00

9月4日《知识分子》(微信公号:The-Intellectual)刊发了杨振宁的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》。随后,中国科学院高能物理研究所所长王贻芳撰文《中国今天应该建造大型对撞机》驳杨振宁。

2015年8月,澎湃新闻记者邱傲文赴欧洲核子中心(CERN)采访时,曾就中国科学院高能物理研究所将在10年内建造一个长约52公里的对撞机这一问题采访了CERN国际关系部部长,物理学家Rüdiger Voss(鲁迪格·沃斯)博士。沃斯博士对中国建造大型对撞机提出了担忧,他说,如果真要建造一部富于前瞻性的、有潜质的新机器,那么50公里的隧道长度会太短。

下文根据采访内容整理:

对于中国的超级对撞机项目,我的想法可能有些复杂。以下所说,是作为一名科学家表达个人观点,而不是表达CERN(欧洲核子研究中心)的正式立场。

这部对撞机称为“希格斯粒子工厂”(Higgs Factory),它的周长约有50公里。希格斯粒子工厂是一种在与希格斯玻色子(Higgs Boson)的质量相符合的特定能量下会使负电子和正电子对撞的机器,而我们在CERN对撞的是质子。如果这是正确的,我们就能研究希格斯玻色子的重要特性,至少有可能更精确、更细致地研究,也能以比用LHC更清洁的方式进行研究。从这方面来看,这会成为一个非常有价值的研究项目。并且,我们假定中国有能力进行这方面的研究,也有在合理时间段内实施这一项目的科学和工程技术能力。

希格斯粒子工厂是一个非常重要的项目,但在我看来,问题在于,我们预计在中期和长远的未来用LHC进行研究时会出现范围非常广泛的科学问题,而这部机器大约只能应付其中重要但是非常小的一部分问题。圆形正负电子对撞机的根本局限在于,那些通道一旦建成,你会被永远限定在某个能量级,这个能量级不能再扩展或者提升。这是由根本性的科学原因造成,并不是技术上的限制造成,而你或许希望在更久远的未来能克服技术上的限制。这完全不同于线形正负电子对撞机。你或许听说过ILC(线形对撞机)项目,从理论上讲,ILC可以延伸到任何你喜欢的长度,拥有可调整的能量级,这在将来或许有助于应付研究中出现的新问题。ILC给了你某种提升能量的自由,你既可以通过增加长度,也可以通过对机器进行技术改造来实现这一点。这种自由是你用圆形正负电子对撞机做研究时所没有的。

当然,你们可以考虑做与我们在CERN所进行的相似的研究:或许有一天用我们在LHC这里有的那种质子对撞机或者反质子对撞机来替换通道里的这座正负电子对撞机。这里有两个困难:其一,技术方面的要求苛刻许多。我认为这样说是公正的——我会说得比较直接:我的大多数同事认为,中国今天并不掌握这项技术,而要彻底掌握,中国还需要经历漫长而艰难的学习过程。这里我要再度强调,中国会有兴趣,也应当有兴趣,不只是在科学方面,而且在技术方面更深度参与国际合作,这样才能有朝一日掌握这种技术。这是我对该项目的一个担心。

我的第二个担心是,如果真要建造一部富于前瞻性的、有潜质的新机器,那么50公里的隧道长度会太短。粒子物理学研究50年的经验已经表明,利用大型加速器,要想从一代升级到下一代,要想真正有可能做出重要的新发现,你通常需要增加10倍的能量。

之所以你或许还听说过FCC,也就是“未来环形对撞机”,原因就在这里。这是一处通道,我们计划将它一般延长为现在的三倍,至少有80公里长,甚至100公里。同时,我们已开始开发新一代的强力磁体,这种磁体会安装在这个通道内,使之能够引导围绕这个圆环的更强能量的粒子束,因为你能放入这样一部圆形质子对撞机中的能量会遵循非常相似的缩放比例。这种能量随着你能有的通道的长度以及你安装于通道中的磁体的磁场强度按比例增加。因此,我们正计划建造的通道将比现在长三倍,并且我们已经启动一项雄心勃勃的计划,开发新一代超导磁体。相较于我们在LHC现有的磁体,新一代超导磁体理当至少强大2.5倍,假如一切顺利,会达到3倍。如果你简单把两个倍数相乘,3乘以3,这差不多就是我们想要的10倍增加了。我们相信,这会是一个有前瞻性的新项目,可能在将来真正为CERN带来非常重要的新发现。

我们的担心是,中国计划建设的通道仅有50公里长,可以说结合了有缺陷的技术。那么你们会需要开发和建造比我们在LHC现有的还要强大的磁体。你们或许会用这个项目展开本世纪后五十年间的粒子物理研究,那么对这样一个项目来讲,这不是一个安全的赌注。

“希格斯粒子工厂”本身是一个非常有趣的项目,从纯科学的角度来看,它很值得去做。这一点毫无疑问。从欧洲的角度来看,担心在于,这个项目是用大量资金投入去研究一个范围极为有限的科学问题。这就提出了金钱投入的科学价值的问题,也就是金钱投入在建设一个富于前瞻性、长期的科学未来方面的可能性问题。从欧洲的视角来看,这个项目或许因其范围太窄而无法确保获得为建造这样一部机器所必须筹集的大量投资,即便考虑到它可以在中国以一种比我们在欧洲更加经济划算的方式建造,特别是假如你考虑一下这样一个项目的土木工程造价。

(周雨昕/译  听桥、陶禹静/校)

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[责任编辑:刘蕾]
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