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王貽芳再談大型對撞機:讓中國成世界第一的政治決定(3)

2016-10-22 10:49:15      參與評論()人

我們有充足的理由相信標準模型不是描述微觀世界的終極理論,而是更基本的理論在低能時的有效近似,發(fā)展更深層次的理論需要實驗來指明方向。目前已知的標準模型中的問題,大部分與希格斯粒子的性質(zhì)有關(guān),因此更深層次的新物理應該會從希格斯粒子處露出蛛絲馬跡。LHC將繼續(xù)引領(lǐng)這個方向的探索,但質(zhì)子對撞過程的高度復雜性限制了可能達到的實驗精度,我們還需要高能正負電子對撞機以更高的實驗精度來揭示新物理的可能方向。計劃中的CEPC能大量產(chǎn)生希格斯粒子并對其做精確研究,一些重要物理量的測量精度會比LHC提高10倍。因此無論LHC是否發(fā)現(xiàn)新物理,CEPC都是需要的,這是粒子物理發(fā)展中跳不過去的一步。

?《知識分子》:假設(shè)大型對撞機不能發(fā)現(xiàn)新的粒子和現(xiàn)象,其價值何在?

王貽芳:1)CEPC有確定的科學產(chǎn)出,會大大加深我們對粒子物理的認識。CEPC可以將希格斯粒子的測量精度提高至1%左右,比LHC好10倍。這對確認希格斯粒子的性質(zhì),判斷它是否與標準模型的預言完全一致,具有重要意義。同時CEPC還可以確定希格斯場參與的真空相變的形式,這對宇宙早期演化研究也具有重要意義。

發(fā)現(xiàn)新粒子固然重要,研究物理問題更重要。比如我們早就發(fā)現(xiàn)了中微子,但我們?nèi)匀辉谏钊胙芯恐形⒆拥男再|(zhì),也確實得到了豐碩的成果。希格斯粒子是標準模型中最重要的粒子,我們也只是剛剛認識它,還有許多工作要做。

2)大型對撞機如果不能發(fā)現(xiàn)新粒子或新現(xiàn)象,也會使我們對物理世界有更深刻的認識,就像邁克爾遜-莫雷實驗沒有發(fā)現(xiàn)以太,但對物理學,特別是相對論的建立起到重要作用一樣。

3)CEPC可以使我們成為世界粒子物理研究的中心,牢牢建立中國的領(lǐng)先地位。同時我們可以在以下技術(shù)方面實現(xiàn)國產(chǎn)化,并領(lǐng)先國際:

a)超導高頻腔(應用于所有加速器)

b)高效率、大功率微波功率源(應用于雷達、廣播、通訊、加速器等)

c)低溫制冷機(應用于科研設(shè)施、火箭發(fā)動機、醫(yī)療設(shè)備等)

d)高速、抗輻照硅探測器、電子線路與芯片等

e)數(shù)據(jù)獲取與處理,計算機與網(wǎng)絡(luò)通訊等

f)精密機械、微波、真空、自動控制等

國內(nèi)外的大科學裝置,如北京正負電子對撞機、ITER、LHC等對技術(shù)發(fā)展的帶動作用,有許多成例。

?《知識分子》:有物理學界人士表示,大型對撞機項目可能成為一個“釣魚工程”,現(xiàn)在規(guī)劃中所提到的幾百億預算并不能滿足要求,實際上的需求要在千億以上。是這樣嗎?

王貽芳:我們規(guī)劃的大型對撞機項目(以周長為100公里算)分兩步走:第一步正負電子對撞機(CEPC)階段,約在2022-2030年間,工程造價(不包括土地、“七通一平”等)約300億人民幣。如果這第一步成功,有新物理的跡象,且新型超導材料技術(shù)成熟,價格合適(比如20元/千安米),我們可以走第二步:質(zhì)子對撞階段(SPPC),工程造價約為1000億人民幣。這第二步是在2040年左右。這里如果減去國際貢獻約30%,中國政府應該出資大約300億和700億。

這里的第一階段科學意義重大,方案基本成型,百億量級的造價能夠承受,已值得支持。第二階段說明了這個方案還有更長遠的科學壽命,不僅預留了未來發(fā)展的可能性,還可以帶動更重要的技術(shù)發(fā)展(如高溫超導),是對第一階段科學及技術(shù)意義的一個補充。

在過去50年間,國際上曾有許多不成功的加速器工程(超支、延期、不達指標等)。但基本上都是質(zhì)子加速器,電子對撞機還沒有不成功的先例。這主要是其技術(shù)成熟,不確定因素少。為汲取教訓,我們在第二階段上馬前,要做仔細評估,切忌匆忙。

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