楊振寧反對中國花千億建大對撞機 中科院所長駁斥

　　王貽芳、楊振寧、丘成桐。（從左至右）

　　原標(biāo)題：中國該不該斥資數(shù)百億元建造大型對撞機，得回答這四個問題

　　目前的中國是不是下一代大型強子對撞機的合適選址？可見的是，科學(xué)界對此尚有爭議。9月4日，著名物理學(xué)家楊振寧在《知識分子》發(fā)文，反對中國開始建造大型對撞機。次日，同在《知識分子》，中國科學(xué)院高能物理研究所所長王貽芳刊文回應(yīng)，一一反駁楊振寧的反對理由。

　　此前，菲爾茲獎獲得者、著名華裔數(shù)學(xué)家丘成桐多次公開表示，支持中國建造大型對撞機，提出可以考慮將河北省秦皇島市山海關(guān)附近作為選址。8月29日，丘成桐在公眾號上再次針對大型對撞機發(fā)文，并表示對“楊振寧反對建造大型對撞機”一說存疑。此舉引來楊振寧在《知識分子》上發(fā)文。

　　而早在2012年，在“上帝粒子”希格斯玻色子（Higgs boson）被歐洲核子研究組織（CERN）大型強子對撞機LHC發(fā)現(xiàn)的幾個月后，王貽芳的團隊就提出了到本世紀(jì)30年代在中國建成對撞機的計劃。在這之后，據(jù)王貽芳在反駁文中所提，中國為主的研究團隊已經(jīng)完成了CEPC-SPPC（正負(fù)電子對撞機-質(zhì)子對撞機）的《初步概念設(shè)計報告》。

　　在規(guī)劃中，CEPC-SPPC項目將在50-100公里長的地下環(huán)形通道內(nèi)，利用相同的隧道，建造兩座超級對撞機：正負(fù)電子對撞機和質(zhì)子對撞機。雖然正負(fù)電子對撞機的對撞能級將只有0.24-0.35TeV，但它的存在可以為建造質(zhì)子對撞機削減大量成本。該質(zhì)子對撞機和LHC相似，都在環(huán)形通道內(nèi)使用質(zhì)子進行對撞。但該對撞機的通道長度將是LHC的2-4倍，對撞能級可達(dá)70-100TeV或100-140TeV，遠(yuǎn)超LHC的14TeV。

　　目前，不僅是中國有研究團隊提出建造大型對撞機的規(guī)劃，日本也有意建造國際直線對撞機（ILC）。據(jù)報道，日本文部科學(xué)省（MEXT）被期望在今年，就日本是否會建造ILC作出表態(tài)。如通過，ILC將在2030年左右建成，投入實驗。但目前，出于對高成本的顧慮，日本還想旁觀，看在2018年年底前，LHC是否會在第一次最大能量（14TeV）運行周期內(nèi)，有重大發(fā)現(xiàn)。此外，主持LHC的歐洲核子研究組織也在考慮建立新一代超導(dǎo)磁體，將LHC的能級極限從14TeV提升至20TeV，抑或是另建一座“超級LHC”。

　　在王貽芳看來，最近十年是中國建造大型對撞機的“窗口期”，“在下一個五年計劃開建大型對撞機，是我們在高能物理領(lǐng)域領(lǐng)先國際的一個難得的機遇。”歐洲核子研究所的LHC正面臨能級觸頂?shù)睦Ь郑�“歐洲、美國和日本手頭都有項目，20年之內(nèi)很難騰出手來，我們的競爭環(huán)境相對較好”。

　　盡管如此，在爭論中國該不該建造大型對撞機時，要回答的是：造價幾何？是利是弊？能解決科學(xué)難題嗎？值不值得？這四個問題。

　　造價幾何？

　　在此次楊振寧和王貽芳關(guān)于大型對撞機的公開討論中，巨額的建造成本被擺放在爭議的顯眼位置。

　　楊振寧認(rèn)為，根據(jù)以往各國建造對撞機的經(jīng)驗，比如美國中止了項目，浪費了30億美元；歐洲核子研究組織（CERN）現(xiàn)運行的大型強子對撞機LHC耗資100億美元，對撞機的建造成本是無底洞。他預(yù)估，中科院高能所建議的超大對撞機預(yù)算將高于200億美元（1335億人民幣）。

　　在反駁文中，王貽芳詳細(xì)地算了一筆賬，并表示“有成熟的估價、建造、管理經(jīng)驗”。在王貽芳團隊的規(guī)劃中，正負(fù)電子對撞機和質(zhì)子對撞機將先后建設(shè)。不包括土地、“七通一平”等，預(yù)計在2022-2030年竣工的正負(fù)電子對撞機工程造價約400億人民幣。質(zhì)子對撞機是否建設(shè)建立在正負(fù)電子對撞機是否有新物理跡象的前提上，工程造價在1000億人民幣以內(nèi)。其中，中國將承擔(dān)70%的費用，即大約300億人民幣（每年30億）和700億人民幣（每年70億），但不包括未來的通貨膨脹。

　　王貽芳還強調(diào)，高能所在北京正負(fù)電子對撞機等超過億元的大型加速器及探測器工程中，“均按工期、指標(biāo)完成，實際造價與預(yù)算相比，連5%都沒有超。”并因為質(zhì)子對撞機的啟動條件是正負(fù)電子對撞機有所成績，王貽芳認(rèn)為這不會是無底洞。

　　巨額建設(shè)資金將如何籌得？據(jù)《自然》雜志報道，王貽芳的團隊在去年得到科技部3500萬人民幣的資助，用于大型強子對撞機項目的開展，但在7月，發(fā)改委拒絕了該項目下一輪8億人民幣的資助請求。在國際高能物理大會（ICHEP）上，王貽芳表示將專注于提高國際社會對該項目的興趣。

　　是利是弊？

　　楊振寧認(rèn)為，對撞機的項目必將擠壓其他基礎(chǔ)科學(xué)的經(jīng)費。

　　但王貽芳認(rèn)為，目前中國的基礎(chǔ)研究經(jīng)費占研發(fā)經(jīng)費的比重僅5%，低于發(fā)達(dá)國家的15%，這意味著基礎(chǔ)研究經(jīng)費仍有大約每年1000億人民幣以上的增長空間。

　　此外，王貽芳認(rèn)為，對撞機的項目會拉動國內(nèi)科學(xué)儀器的發(fā)展，且和其他基礎(chǔ)科學(xué)并不矛盾，“事實上這個投入也沒有大大改變各領(lǐng)域的投資比例，從長期來看，是使各領(lǐng)域的比例與國際上基本一致（目前國內(nèi)粒子物理、核物理比例嚴(yán)重偏低是一個事實）。”

　　再者，楊振寧認(rèn)為，高能物理的突破之前沒有、今后也無法在短中期內(nèi)給人類生活帶來益處，反而會對解決國內(nèi)的民生問題不利。

　　王貽芳表示無法認(rèn)同高能物理與人類生活的脫節(jié)，“沒有高能物理，就沒有（或者推遲出現(xiàn)）觸摸屏，智能手機就是一個夢想；沒有高能物理，就沒有WWW網(wǎng)頁，大家就不能上網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟更是無從談起。人類從WWW網(wǎng)頁中得到的收益，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此前對高能物理的全部投入。”

　　值得一提的是，萬維網(wǎng)的創(chuàng)始人蒂姆·伯納斯·李（Tim Berners-Lee）正是為了打破信息孤島，解決歐洲原子核研究會的核物理學(xué)家數(shù)據(jù)互通的問題，而開發(fā)了萬維網(wǎng)。

　　就大型對撞機而言，王貽芳認(rèn)為，它對中國科技帶來的裨益是多方面的，不僅可以讓相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)國際化，領(lǐng)先國際，還可以將頂尖的科學(xué)家和工程師引進到中國，讓中國成為國際化的科學(xué)中心。在他看來，這和民生問題一樣，是中國亟待解決的問題，不可偏廢。他還提醒，“從占GDP的比例來看，大型對撞機的造價（即使包括SPPC）并沒有超過上世紀(jì)80年代的北京正負(fù)電子對撞機，也低于國際上的LEP、LHC、SSC、ILC等各類已完成的和計劃中的設(shè)施。”

　　能破解科學(xué)難題嗎？

　　在楊振寧看來，對撞機是否能幫助物理學(xué)家找到猜想中的超對稱粒子仍未知。他認(rèn)為，中國高能所成立以來，成果不明顯，并建議，相比超大對撞機，尋找新加速器原理和尋找美妙的幾何結(jié)構(gòu)是更為經(jīng)濟和符合總趨勢的研究方向。

　　LHC近期平淡的表現(xiàn)讓有些科學(xué)家在通過對撞機來破解基礎(chǔ)物理難題這一路徑上打上問號。LHC已經(jīng)完成了尋找希格斯玻色子的任務(wù)，但之后一度沉寂，尚未在發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型外的新粒子上有新進展。

　　去年12月，LHC疑似發(fā)現(xiàn)比希格斯玻色子更重的粒子的跡象，但今年8月5日，來自LHC的兩個獨立實驗——ATLAS和CMS的代表在美國芝加哥召開的國際高能物理大會上宣布，該跡象只是統(tǒng)計漲落，通過分析5倍于去年12月的數(shù)據(jù)，該跡象幾乎衰減至無。

　　對于動則幾十億、幾百億人民幣的大科學(xué)裝置，項目對科學(xué)本身的效益是關(guān)鍵因素之一。

　　對此，王貽芳的回應(yīng)認(rèn)為，由于在希格斯粒子上，CEPC較LHC高10倍的測量精度，CEPC在確認(rèn)希格斯粒子的性質(zhì)、自耦和、是否與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言完全一致等上會有所突破，“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。”

　　對于CEPC能否成功建設(shè)，王貽芳在回應(yīng)文中表示了信心，并提到：“電子對撞機還沒有不成功的先例。”而對于技術(shù)要求較高的質(zhì)子對撞機（SPPC），王貽芳承認(rèn)，“未來第二階段質(zhì)子加速器的工作，我們目前確實經(jīng)驗不足，需要努力。”同時，他表示：“我們還有二十多年，可以實現(xiàn)‘完成工作與出資比例相當(dāng)’這個最低目標(biāo)。以我們過去三十多年進步的記錄來看，這個目標(biāo)是可以完成的。”

　　值不值得？

　　另一方面，在耗資巨大的CEPC能否成為一個“高壽”的科學(xué)裝置這一問題上，歐洲核子研究組織國際關(guān)系部部長、物理學(xué)家魯?shù)细瘛の炙梗≧diger Voss）博士在去年接受澎湃新聞專訪時，表示了擔(dān)憂，“如果真要建造一部富于前瞻性的、有潛質(zhì)的新機器，那么50公里的隧道長度會太短。粒子物理學(xué)研究50年的經(jīng)驗已經(jīng)表明，利用大型加速器，要想從一代升級到下一代，要想真正有可能做出重要的新發(fā)現(xiàn)，你通常需要增加10倍的能量。”

　　魯?shù)细瘛の炙乖u論稱：“（CEPC-SPPC）本身是一個非常有趣的項目，從純科學(xué)的角度來看，它很值得去做。這一點毫無疑問。從歐洲的角度來看，擔(dān)心在于，這個項目是用大量資金投入去研究一個范圍極為有限的科學(xué)問題。這就提出了金錢投入的科學(xué)價值的問題，也就是金錢投入在建設(shè)一個富于前瞻性、長期的科學(xué)未來方面的可能性問題。”