《電子技術(shù)應(yīng)用》
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國(guó)際物理學(xué)家談中國(guó)對(duì)撞機(jī) “將成為世界最前沿”

2016-08-04

  2012年,歐洲核子研究組織(CERN)宣布大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”——希格斯粒子,將其預(yù)言者送上了2013年諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái), 并隨之開啟了粒子物理學(xué)研究的新時(shí)代——全球多個(gè)基于加速器的高能量前沿實(shí)驗(yàn)裝置相繼建立并成為粒子物理研究的發(fā)展趨勢(shì)。

  2012年9月,中科院高能物理研究所也提出建造下一代環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CEPC),并適時(shí)改造為高能質(zhì)子對(duì)撞機(jī)(SppC)的方案。

  8月1日,“國(guó)際弦理論大會(huì)”在清華大學(xué)拉開帷幕,國(guó)際頂尖理論物理學(xué)家齊聚一堂,探討物理研究的前沿問題,并就中國(guó)CEPC項(xiàng)目的科學(xué)價(jià)值及發(fā)展前景等問題接受了《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者的采訪。

  如果不能發(fā)現(xiàn)新粒子

  按照規(guī)劃設(shè)想,CEPC將是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)50公里~70公里的環(huán)形加速器,可以產(chǎn)生大量希格斯粒子,以便科學(xué)家對(duì)希格斯粒子及其他標(biāo)準(zhǔn)模型粒子進(jìn)行精確測(cè)量研究。當(dāng)然,科學(xué)家更期望在實(shí)驗(yàn)的高能區(qū)發(fā)現(xiàn)新物理(新粒子或新現(xiàn)象)。

  然而,如果CEPC實(shí)驗(yàn)裝置不能發(fā)現(xiàn)新粒子,是否意味著CEPC沒有完成科學(xué)目標(biāo)呢?采訪中,專家對(duì)此作出了回應(yīng)。

  “實(shí)際上,對(duì)希格斯粒子本身的精確測(cè)量就具有非常重要的科學(xué)價(jià)值?!敝Z貝爾獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)粒子物理學(xué)家David Gross告訴記者,當(dāng)然實(shí)驗(yàn)中也可能發(fā)現(xiàn)新的粒子。

  據(jù)了解,為描繪粒子物理下一步的發(fā)展方向,理論物理學(xué)家做了大量的工作,而對(duì)CEPC項(xiàng)目而言,“即使沒有發(fā)現(xiàn)新粒子,也相當(dāng)于排除了相應(yīng)區(qū)域”,哈佛大學(xué)物理系教授Cumrun Vafa告訴記者,這其中,中國(guó)科學(xué)家和工程師在建造這一裝置過(guò)程中所付出的努力,對(duì)中國(guó)科學(xué)發(fā)展具有重要意義。因而,在他看來(lái),“沒有發(fā)現(xiàn)新粒子,并非意味著失敗”。

  除此之外,對(duì)撞機(jī)可以幫助科學(xué)家去理解小尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu),更好地理解時(shí)間、空間概念,而宇宙學(xué)、暗物質(zhì)等未來(lái)研究的理論設(shè)想,都需要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證,“這也是我們進(jìn)一步努力的原因。”普林斯頓高等研究院院長(zhǎng)Robbert Dijkgraaf說(shuō)。

  標(biāo)桿式科學(xué)項(xiàng)目

  “基礎(chǔ)研究的價(jià)值,不能直接用商業(yè)價(jià)值來(lái)衡量?!闭劦紺EPC項(xiàng)目的價(jià)值時(shí),David Gross如是說(shuō)。

  他告訴記者,CEPC一旦建成,將是世界上體量最大的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。它雖無(wú)法像醫(yī)療、制藥等領(lǐng)域能夠直接產(chǎn)生商業(yè)、社會(huì)價(jià)值,卻會(huì)伴隨出現(xiàn)許多技術(shù)副產(chǎn)品,進(jìn)而影響人們的生活。

  “基礎(chǔ)研究會(huì)間接推動(dòng)技術(shù)發(fā)展?!盌avid Gross說(shuō),“雖然對(duì)當(dāng)前科技發(fā)展沒有直接推進(jìn)作用,但它的間接作用將比直接作用更具影響力?!?/p>

  在專家看來(lái),對(duì)于最基本的自然問題的追逐是非常美妙的,它將產(chǎn)生許多讓人意想不到的結(jié)果,“激光、核磁共振等,都是基礎(chǔ)研究產(chǎn)生副產(chǎn)品的很好案例?!盌avid Gross補(bǔ)充道。

  采訪中,多位科學(xué)家表示對(duì)CEPC項(xiàng)目可能產(chǎn)生的標(biāo)桿式示范效應(yīng)十分期待,如美國(guó)理論物理學(xué)家Edward Witten評(píng)價(jià)CEPC時(shí)所說(shuō),“裝置一旦建成,將毫無(wú)疑問成為全世界最前沿的對(duì)撞機(jī),并將在未來(lái)幾十年內(nèi)引領(lǐng)世界?!?/p>

  正因?yàn)樗淼那把氐匚?,讓哈佛大學(xué)教授丘成桐對(duì)中國(guó)教育和千萬(wàn)中國(guó)父母產(chǎn)生的積極影響十分看好。

  “讓孩子接觸到世界一流的科學(xué)裝置,是一件十分有意義的事。”丘成桐表示,過(guò)去一段時(shí)間,中國(guó)有許多中學(xué)生走出國(guó)門到歐美發(fā)達(dá)國(guó)家求學(xué)。而CEPC項(xiàng)目一旦建設(shè)成功,就會(huì)給中國(guó)父母和孩子以信心,讓他們相信國(guó)內(nèi)也能做出先進(jìn)的科學(xué)成果,進(jìn)而吸引更多優(yōu)秀的年輕人來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)。

  國(guó)際合作意義重大

  粒子物理研究是一個(gè)十分開放的科學(xué)領(lǐng)域,并且擁有良好的國(guó)際合作傳統(tǒng)。

  “高能物理領(lǐng)域的國(guó)際合作非常廣泛,這是一個(gè)非常好的傳統(tǒng)?!币蚨鳧avid Gross希望,在這一項(xiàng)目的推進(jìn)過(guò)程中,中國(guó)、美國(guó)、歐洲等國(guó)和地區(qū)的科學(xué)家要積極合作。

  采訪中,專家對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及其可能為科學(xué)研究提供的長(zhǎng)遠(yuǎn)支持表示樂觀。但他們也強(qiáng)調(diào),一個(gè)國(guó)家承擔(dān)這樣的大科學(xué)項(xiàng)目并不現(xiàn)實(shí),必須通過(guò)國(guó)際合作來(lái)降低時(shí)間、空間成本,才能有效推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)程。

  據(jù)介紹,當(dāng)前對(duì)第一階段CEPC的建設(shè),中國(guó)有一定的基礎(chǔ),也有信心能夠完成。而升級(jí)為質(zhì)子對(duì)撞階段,國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)還需一段時(shí)間的發(fā)展,目前尚不具備。

  值得高興的是,這一項(xiàng)目在美、歐等國(guó)和地區(qū)獲得了廣泛的支持。“美國(guó)、歐洲的物理學(xué)家都對(duì)這個(gè)項(xiàng)目表示支持?!鼻鸪赏┛隙ǖ馗嬖V記者。

  采訪中,專家對(duì)CEPC項(xiàng)目的未來(lái)十分期待,他們堅(jiān)信這樣的大科學(xué)項(xiàng)目將對(duì)中國(guó)科學(xué)發(fā)展具有非凡意義。

  因?yàn)椋殡S該項(xiàng)目的推進(jìn),中國(guó)不但可以成為相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者,還可以借助項(xiàng)目吸引大批世界頂尖科學(xué)家到中國(guó)交流工作,甚至扎根中國(guó),這將對(duì)中國(guó)科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。


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