热门:王贻芳再谈大型对撞机：以更高实验精度来揭示新物理的方向

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年现在，在中国科学界，特别是物理学界，预算达到数百亿元，最终达到数千亿元的大规模项目的立项引起了激烈的争论，支持者和反对者都有诺奖获得者 争论本来限于物理学界内部，但很少公开 争论的主题是中国是否应该建设大型对撞机 科学没有避免过争论和疑问，只有各种意见“针锋相对”才能充分交流 但是，奇怪的现象是，面对这种巨大的科学装置投资，以前媒体的报道几乎呈现出“一边倒”的态势，偶尔有疑问的声音，这种现象允许杨振宁向“知识分子”发表反对今天中国建设撞机的复印件 “知识分子”就冲突机的争论采访了中国物理学界的数字重要科学家(基于可以理解的原因，采访对象要求匿名解决)，他们表示这个项目在学术界有很大的争论，但公众有知情权 建设后成为中国第一大科学装置，公众应该知道意见分歧的事实，也应该知道关于中国大型对撞机建设的争论。 中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王李芳是这场巨大争论的主角 事件最初是从年开始，王李芳等许多科学家建议中国投资建设环状正负电子对撞机( cepc )和质子-质子对撞机( sppc )，希望它成为世界上最大的物理实验装置，“中国发起的国际大科学工程是地方社会和经 cepc-sppc项目在很多方面都是惊人的 另一方面，与现在世界上最大的欧洲大型强子对撞机( lhc )相比，cepc-sppc的能量至少是lhc的7倍，对撞机的周长达到100公里。 另一方面，建设费也将达到250亿~400亿元，成为中国费用最大的大型科学装置 中国科学院高能所多次组织会议讨论项目可行性方案，建设主题网站，支持项目学术活动，相关信息报道频繁出现 但是，“知识分子”在寻求验证的过程中，发现学术界内部反对者的声音一直存在，但争论的声音很长时间没有被媒体关注，公众也不知道 中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王李芳反方:中国在寻求“知识分子”证明的过程中，多次提到科学目标、消费、历史等争论焦点 专家的回答几乎显示出“对面倒下”的态度，中国主导建设大型对撞机的态度也比支持者坦率 大部分专家首先肯定了基础物理的宣传、研究意义，也肯定了粒子物理对人类认知世界的意义，但对大型对撞机项目落户中国有不同的看法，反对者对大型对撞机项目的疑问点总结如下四个方面 1 .科学目标不确定“首先，没有人能保证能发现新的粒子，所以不是赌博的计划，需要拿出有说服力的科学依据”。 中国科学院院士李雷(化名)说，lhc已经在此基础上进行了多年实验，取得了一定的成果，但停留在一定的阶段。 正如今年8月在美国芝加哥召开的国际高能物理大会上指出的那样，大型强子对撞机lhc今年积累了25000tb的数据，但没有发现新粒子的证据，正式宣布生产大量论文的750gev新粒子也不存在 有些年轻的物理学家也开始质疑和反省，用于对撞机的建设、研究的经费应该用于其他行业吗？ “在此基础上，使用新的炉子、没有革命性的技术、只提高能源水平的装置的目的是什么呢？ 能否找到新的粒子还是未知数，在目标不明的情况下投入巨大的财力物的价值是什么？ 大规模科学装置本身对国家负责，是关于科研可靠性的问题，有疑问的科学行为是否值得政府消费付出巨大代价，答案本身是否定的 ”李雷院士说 2 .关键技术在没有出现革命性技术的背景下，许多科学家也质疑中国的大型对撞机项目使用了相当大的力量，许多技术细节依赖于西方的支持 这不仅在国内很恶毒，在西方也有人为此写文章 8月25日，《自然》杂志刊登了《who will build the next lhc？ ”问题介绍了当今世界上最重要的大型对撞机计划。 这包括运行中的lhc、日本计划建设的ILC ( JaPAN-Hostedinternational Linearcollider，大型直线对撞机)、cpec、SPC、升级版lhc。 据报道，2030年左右，计划中的升级版lhc和sppc“冲突”，两者互相“影响” 李雷院士也与相关行业的技术人员进行了研究，得知许多重要技术依然掌握在西方手中，仅靠中国现有的技术手段无法完成很多技术细节，他说:“即使在很多重要技术需要在西方完成的情况下，发现新粒子， 3 .重复SSC车辙的中国科学院物理学家韩梅(化名)教授表示，美国SSC 20年前就刹车了，至今大型对撞机项目在美国的科学技术计划清单中也不受重视，“位于后方”。 韩梅教授说，他与美国著名的物理学家philip w. anderson就ssc项目进行过交流。 他说:“ssc项目提前投入20美元后停止，是因为ssc的投入扩大，钓鱼工程的态势变得明显，另一方面，多次建设的人夸大了ssc的作用，但实际上ssc没有完成。” 4 .建设模式的韩梅教授也对中国主导的大型对撞机项目表示了不同的意见。 “从世界规模的现有大型科研装置来看，由一个国家主导、全世界参加的项目不多见。 或者，从大型对撞机项目来看，中国主导不合适，应该由联合国和其他国际组织主导，根据gdp的多少分配股权的例子很少” 韩梅教授还说，单方面主导建设大型对撞机项目，对现在的中国来说是不合适的。 “目前中国的科研投资巨大，这是一个非常好的开始，但在这个节点上迅速发展大型对撞机，不符合快速发展的诉求，至少在20年内是如此”。 李雷院士也指出，中国建设大型对撞机毕竟毫无价值，这需要很多论证和判断，“在现在的情况下，不能得到损失”。 欧洲核中心的大型强子对撞机lhc 王李芳对比疑问的后续回应《知识分子》:如何应对大型对撞机科学目标不明的疑问？ 王李芳:粒子物理学的根本目标是探索微观世界的运动规律，lhc使这一探索达到了更深的水平 发现新粒子后，新的运动规则自然兴奋，但已知的运动规则依然适用，同样会带来惊喜 重要的是，人类的认知扩展到了新的行业！ 现在lhc取得的数据只是其计划的2%，这意味着人类才刚刚开始在这个水平上进行探索 计划整体的完成还需要15-20年，现在得出任何结论都为时尚早。 怀疑750gev新粒子是实验探索中的小故事，这是微观粒子的产生和进化遵循统计规律的表现，类似的事件以前也有，今后也会发生 根据粒子物理实验的惯例，只有在信号的统计显示度达到5倍的标准偏差时才能宣告新的发现。 否则，我们将看到值得观察的迹象。 理论物理学家如此关注只有3倍标准偏差的事例，对于lhc明确的新世界，在某种程度上证明了对可能超过标准模型的新物理法则没有什么可靠的知识，表明了继续实验探索的重要性 我们有充分的理由相信标准模型不是描述微观世界的终极理论，而是更基本的理论是低能时比较有效的近似，为了迅速发展更深层次的理论需要实验。 现在已知的标准模型的问题大多与希格斯粒子的性质有关。 这是因为这个更深层次的新物理应该会从希格斯粒子中露出线的痕迹 lhc将继续领导这一方向的探索，质子碰撞过程的高度和噪声性限制了可达到的实验精度，高能正负电子对撞机需要以更高的实验精度明确新的物理可能方向 计划中的cepc可以产生大量希格斯粒子进行精确研究，稍微重要的物理量的测量精度比lhc提高10倍 无论lhc是否发现了新物理，都需要cepc，因此这是粒子物理迅速发展中不可跳跃的一步 “知识分子”:如果大型对撞机无法发现新的粒子和现象，它的价值是什么？ 王李芳:1)cepc有明确的科学生产，可以大幅度加深对粒子物理的认识 cepc可以将希格斯粒子的测定精度提高到1%左右，比lhc优秀10倍 这对确认希格斯粒子的性质，评价其是否与标准模型的预言完全一致起着重要的作用 另外，cepc可以明确希格斯场参与的真空相变的形式，对宇宙的早期进化研究也起着重要的作用 发现新粒子当然重要，但研究物理问题更重要。 比如，我们早就发现中微子了，但我们还在深入研究中微子的性质，确实取得了丰硕的成果。 希格斯粒子是标准模型中最重要的粒子，我们也刚认识到它，还有很多工作要做 2 )如果大型对撞机不能发现新的粒子和现象，就像迈克尔逊·莫雷实验没有发现以太网一样，对物理学特别是相对论的确立具有重要意义一样，对物理世界也有深刻的认识 3)cepc可以使我们成为世界粒子物理研究的中心，牢固地确立中国的领导地位 另外，a )超导高频腔(适用于全部加速器) b )高效率、大输出微波电力源(适用于雷达、广播、通信、加速器等) c )低温制冷机(适用于科研设施、火箭发动机、医疗设备等) d )高速、耐放射线性二氧化硅 能够领导数据获取和解决的计算机和网络通信等f )精密机械、微波、真空、自动控制等国内外大科学装置，如北京正负电子对撞机、iter、lhc等技术的迅速发展的牵引作用很好 “知识分子”:一位物理学界的人说，大型对撞机项目有可能成为“钓鱼工程”，但现在企划中提到的数百亿预算不能满足要求，实际诉求在千亿以上。 是吗？ 王李芳:我们计划的大型对撞机项目(按周长100公里计算)分两个阶段进行:在第一步正负电子对撞机( cepc )阶段，约2022-2030年期间，工程成本(不含土地、“七通一平”等)约300 如果这第一步成功，有新的物理迹象，新的超导材料技术成熟，价格合适(例如20元/千安米)，我们就可以进入第二步:质子碰撞阶段( SPC )，工程成本约为1000亿人民币， 这第二步大约是2040年 从这里减去国际贡献的约30%，中国政府应该出资约300亿和700亿 这里第一阶段的科学意义重大，方案基本成形，百亿级成本经得起，已经值得支持 第二阶段证明该方案有更长期的科学寿命，不仅保留了未来快速发展的可能性，而且推动了更重要的技术快速发展(如高温超导)，是对第一阶段科学和技术意义的补充。 过去50年，国际上有多个不成功的加速器工程(超支、延期、指标未达到等) 但是，基本上是质子加速器，没有电子对撞机不成功的先例 这是因为如果那个技术成熟，明确的因素就很少 为了得到教训，我们在骑第二阶段的马之前，必须仔细判断，不要着急 “知识分子”: 1991年美国开始建设ssc项目，关于最终耗资20亿美元流产，你对王李芳有什么看法？ 美国ssc失败的理由有很多。 当时的政府赤字，与国际空间站争夺经费，美国两党的政治斗争，德克萨斯与其他地区竞争，管理不善，预算错误，成本不足等。 具体分析及历史资料见参考文献【2、3】。 其实“预算超支”绝不是ssc失败的第一原因，有其特殊而偶然的原因，第一是政治因素 对美国来说在ssc中途中止是一个极其错误的决定，它在美国的高能物理研究中失去了发现希格斯粒子的机会，失去了未来快速发展的基础和机会，失去了国际领先地位，至今没有翻身 这个决策对美国的大科学研究产生了极大的负面影响，使一代美国人失去了梦想的勇气 当时美国科学界反对ssc的理由和我们今天在中国听到的有很多相似之处。 实际上，ssc的中止没有给任何科学家带来经费的增加，当然ssc的启动和任何人的经费都没有减少，很多当时反对的人后来后悔了 后来欧洲建设了大型强子对撞机( lhc )，取得了巨大的成功 有超支，但不太多 大型加速器不一定是“无底洞”，而是证明成功 中国的政治与美国完全不同，大工程建设实际上有优势，偶然性很小 今天的中国已经做了很多美国人不做或做不到的事。 将来会有这样的事情 ssc失败并不是说我们不能建设大型加速器 我们要科学地分解，进行国际合作，管理，管理预算 “知识分子”:一位科学家认为中国的大型对撞机项目有点不现实。 如果不能发现新的粒子或者得不到预期的效果，就会引起公众对大型科学技术设施的抵触感，消费者认为建设巨大科学研究设施是无法补偿的行动。 你怎么想？ 王李芳:耗费巨额资金建设大型科研设施的必要性如下:1)重大成果不一定需要重大投入，但许多重大投入无疑会产生重大成果 希格斯粒子的发现和引力波的发现是典型的例子，而且这些重大设施有很多技术副产品，其重要性往往高于“主产品” 欧洲核中心( cern )发明的www网页技术就是典型的例子 人类文明的迅速发展是科学技术的迅速发展中华民族应该为人类科学技术文明做出贡献一点象征性的投入和贡献是必不可少的 不会花钱的事让别人做，自己总是忙于赚钱，这不能让我们成为国际社会尊敬的一员，不能让我们成为世界领袖 2 )像中国这样的大国，应该有大项目，不能只支持一种 特别是现在我们的科研机器还不能大量自给的情况下，必须大力支持物质科学，支持使用自制机器的研究，培养人才 现阶段只是简单地服从国际热点，只支持小项目，大量购买海外仪器设备，对国内经济和科学技术的迅速发展没有好处 事实上，小目的投资加起来不少，产生重大成果的概率和利润更低，风险可能更大。 3 )大项目当然不能保证百发百中，但风险不能成为不作为的理由 对于高能物理、核物理、天文、天体物理等研究行业，为了取得世界领先的检测引力波的重大科学成果，需要新的思想、新的技术或新的做法，作为大项目执行。 项目的成功当然有赖于多个条件，但良好的科学目标和技术路线、重要的技术基础、国际一流的人才队伍、优秀的管理和全面的国际合作是绝对不可或缺的 “知识分子”:一位采访对象指出，超级对撞机在中国受到了很大的批评。 现在国内物理学界的很多反对者已经占了优势，中国出资拒绝了建设超级对撞机的项目，这种说法是真的吗？ 王李芳:我们注意到国内有点反对意见，实际上中国物理学会高能物理分会最近通过了决议，确定了cepc是未来快速发展的优先事项，表明了大多数高能物理学家的态度。 我遇到的其他行业的科学家甚至一般人都支持cepc 大型对撞机作为中国发起的国际大科学工程选项之一，得到了包括科技部和基金委员会在内的中国政府的少量预研支持 我们为了开展这方面的研究正在积极获得越来越多的预研经费明确地研究重要的科学和技术问题 到目前为止，没有一个人代表政府否决这个项目。 “知识分子”:专家说，对撞机项目的建设应该由国际组织主导，各国应该根据gdp和协议分配出资比例，而不是由中国主导。 你觉得怎么样？ 王李芳:中国积极参与了由其他国家主导的项目，如iter、lhc、ska、tmt等 应该也有牵头开始自己项目的能力，不要总是跟在别人后面 如果按gdp的比例分配，中国不久将成为最大的出资国 那么，为什么不拉脖子呢？ 根据这个逻辑，中国应该永远成为参与者而不是领袖。 即使我们贡献了最大的经费份额。 这种心理和方法不能使我们成为真正受到尊重的世界强国 《知识分子》:中国现有的技术能满足对撞机的要求吗？ 重要的技术环节在中国手里吗？ 王李芳:我们已经有30多年正负电子对撞机的经验，关键技术有很好的基础 还需要努力(其实对任何人来说，都没有人用极其成熟的技术制造这样的机器。 因为总是要技术进步)，以我们的能力和人员队伍，我们充分掌握了能独立完成90%以上的任务。 在国际合作的环境和要求下，我们会把一点任务给别人，但这不会让整个项目失控。 王李芳表示，中国成为“世界第一”的政治决策“中国对撞机项目有可能使中国成为专业行业的世界第一”，“目前为止，中国似乎没有能够做到这一点的行业”。 从过去几百年来看，物质科学是整个科学迅速发展的先导，我们的基础科学从原子、分子到粒子物理，对物质世界的最小研究具有科学上的重要意义 到目前为止，中国对人类科学史的贡献几乎没有写入教科书的成果，如果制造出冲突机，将成为载入史册的行动 “王李芳认为，对现在的大加速器的争论和当时的bepc时几乎一样，是资金、技术上的疑问。 三十年后人们仍在重复这样的争论 现在新人们还在以30年前的理由进行这个争论，说我们可以在海外进行同样的研究 在重复这个争论的30年中，bepc取得了下流的成绩，高处本身也有了很大的迅速发展 王李芳还说:“如果我们不能主导大型对撞机项目，高能所将是“通常”的研究所，可能不会成为世界第一。”实际上，大型对撞机项目和高能所自身的好处没有太大关系，大型冲突 高能源站是否以现在的形式存在，有必要打问号，并补充说:“对撞机项目是否有必要从国家一级这样成为世界第一。” “我们承认不值得最终评价冲突机价值的问题是政治决策 国家领导人认为，中国到底是成为二流国家，还是成为二流国家，去他那里没问题，可以省钱，但要成为一流国家，对不起，不能这样做”，王李芳说，“冲突机是象征。 为什么冲突机项目会成为政治决策？ 王李芳解释说。 “对撞机项目决不是纯粹的科学项目，但科学目标在里面占有极其重要的位置，科学目标除外是不可能的，必须取得一流的成果。 这一成果的评价不依赖于大众和媒体，不依赖于高层领导的评价，而依赖于科学界、粒子物理学家的评价。 但是，科学界的优点等冲突会偏向于评价的真实性，“所以冲突机项目最终会成为政治决策的原因” “所以科学上需要最纯粹的科学讨论，要清楚地说明对撞机项目的事件。 所以我们再出版一本关于科学目标的书，我们应该忍受全世界同行科学家的评价和批评，批评也应该停留在专业行业而不是其他方面。 在此基础上，讨论是否建设冲突机是政治决定 最后，王李芳告诉“知识分子”，中国要想大幅提高国际影响，必须主导这样的国际合作项目。 如果其他国家不参加，即使只有中国自己研究，也不能实现影响很大的政治目标。 “如果有三个这样的国际合作项目，决策者可以从中选择，如果只有这一个，就可以做这一个。 作为科学家，提供选项是我们的责任 “(知识分子微信号: the-intellectual )”大型对撞机公开辩论大事记年8月1日至5日，10位世界知名理论物理学家在清华大学主办的“国际弦理论大会”讲台上分享弦理论的研究进展，对中国进行新一代 出席的专家有诺贝尔物理学奖获得者大卫·格罗斯( david gross )、菲尔兹奖获得者、中国系数学家丘成桐、世界知名弦理论学家、普林斯顿高等研究院教授爱德华·维滕( edward witten )等 年8月7日，新华社发表了题为“特别采访:想在长城入海部建设新一代巨大对撞机——访问中国系数学家丘成桐”的文案。 丘比特桐希望世界上最重要的实验物理项目巨大对撞机在中国定居，成为中国基础科学独创的突破面料和“海纳百川”那样吸引世界顶尖人才的平台，大型对撞机的建设给了中国和世界 年12月和年初，丘成桐在媒体上发声，表明了他对中国大型对撞机建设的支持。 年8月11日至25日，“知识分子”向国内外许多物理学家询问他们对中国大型对撞机建设的看法，整理了一些争议性问题，发给王李芳所长和中国系数学家丘成桐教授，其中哈佛大学物理系博士王孟源说:“高能 年8月29日，公众号《老顾谈几何》发表丘桐签名复印件《回答关于中国建设高能对撞机的一些意见和媒体的问题》。 在文章中，丘成桐首先质疑了《高能物理的绝唱》一文作者王孟源的学术背景，被称为国王的领导人说:“已经是没有中晋升的助手教授了。” 对于“杨振宁反对撞机在中国定居”，丘成桐表示对杨振宁的尊敬，并不知道杨先生反对撞机在中国定居。 丘成桐还说，重要的科学创作，包括中国科学家的贡献，不是某人的一切，真理只有在反复的推理和实验下才能被认可。 他说:“所以古希腊哲学家爱吾师，吾爱真理。” 年8月30日，王孟源在《中国时报》专栏作家中回答丘比特桐的意见，介绍了他个人的学术背景，并反驳了丘比特桐的相关意见 年9月4日，《知识分子》发表了华裔物理学家杨振宁题为“杨振宁:中国今天不应该建设巨大对撞机”的复印件。 杨教授首先指出丘比特桐教授的理解是错误的，“我不反对高能物理的迅速发展。 我反对的是中国今天开始建设大型对撞机”，在随后的复印件中列举了中国反对建设大型对撞机的七个理由。 杨振宁教授也成为第一位公开反对撞机项目落户的有名物理学家 年9月5日，中国科学院高能所所长王李芳在“知识分子”上发表了题为“中国今天应该建设大型对撞机”的“背靠背”复印件，对杨振宁教授提出的7个反对意见作出了对比性的回答。 王李芳最后说:“高能物理的未来在哪里，见仁见智。 面对未来，我们应该越来越听取科学研究一线新生代科学家的意见，他们可以繁荣我们的科学技术事业，领导国际。 年9月5日，新华社发表了题为“大型对撞机争论反映了科学技术的进步”的复印件，对这次关于对撞机的争论进行了评论 根据文件，与大型科学装置的争论不仅使一般公众一览科学前沿的最新进展，还通过网络直接参加讨论，反映了科学技术的进步。 并提出这次各方面科学家进行了公开讨论是良好的快速发展方向。 这些大师级科学家不介意公开讨论学术分歧，相信他们想更好地理解自己的行业。 今后，重大科学工程学的决定必然会吸引公众的眼球，透明性也是必然的 年9月12日至14日，微信公众平台“科学家”进行了关于对撞机项目的讨论直播，邀请了4名物理学家，在公众平台上公开了对撞机落户中国的获得和丧失。 年9月14日，著名的华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授从一位中国科学院院士那里主张“丁肇中教授也对中国大型对撞机建设项目有保存意见”，对“知识分子”作出了两点回答:1)王李芳所长对我自己 他回国后经常和我联系 2 )我没有人讨论过与我的实验无关的事件，我不能和任何理论物理学家认真地讨论某个专家提到的事情。 这不是我一贯的做法。 年9月28日，“知识分子”收到匹兹堡大学物理天文学系教授韩涛投递的32名在美国活动的物理学家联名写的复印件，并于10月2日以“32名美国物理学家联名:在中国建设希格斯工厂的黄金机会”为主题发表了演讲。 10月18-19日，香山科学会议第572届学术讨论会在北京召开，就中国建设大型对撞机进行了讨论 会议结束后，“知识分子”就“会议是否达成协议”等问题向王李芳进行了咨询 10月20日，王李芳回复 他说，这次香山科学会议的大致副本包括科学目标、设计和预研的进展、人才队伍、国际合作和社会意义等 会议达成了协议，但还没有具体的文案表达 大致意思如下(不一定正确) :一致肯定cepc的科学目标及其重要意义，确认对设计和预研的进展满意，能完成cepc的设计和建设。 cepc承认应该采取中国发起的国际大科学项目的形式，要积极寻求国际贡献 cepc的建设对国家未来的迅速发展极为重要值得我们大家努力奋斗 参考文献:【1】卢辛丑，“巨型加速器“两步行走方案”不期待偶然被发现”，比赛于去年1月6日复制【2】s. wojcicki，REV.of ACE.SCI.Andtech.VOL.1 ( 2000 l. hoddeson and a. kolb，tunnel vision–theriseandfallofthesuperconductingsuper the university of Chicago press，[4] blogs.star-teler remember-the-SSC-bill-Clinton-does-with-tears-in-his-eyes volume【6】高能所1972-1979年报【7】Steven Weinberg.dreamsoff 1992 )，p.266.【8】 symposium，tsinghua university，february 23，.【9】《建设大型加速器，实现科学梦》，王李芳，《现代物理知识》26卷第2期(总152期) 【10】lee smolin和他的“the trouble with physics”、卢昌海、Chai/Articles/Science/MISC / trouble _ with _ Phys2. PHP【Adrien New.Kolb.Tunnel visions.Theuniversityofchicagopress.12】Elizabethgibney.Whowillbuildthene . nature，25 august，vol 536，p.383.【13】《王李芳:从中微子研究看中国高能物理的迅速发展》、王玲、蒲慕明、《国家科学评论》( nsr )第二  ； (原主题是“王李芳再谈大型冲突机:使中国成为“世界第一”的政治决策」)(这篇报道来自澎湃信息，越来越多的原始信息请下载“澎湃信息”APP )