杨振宁:大型对撞机盛宴已过大对撞14:高能所高杰反驳何祚庥

中国大加速器预算

文章出处:科学网
“我的见解完全没有改变。”

4月29日下午,北京雁栖湖畔,中国科学院大学(以下简称国科大)巨大的新会堂座无虚席。端坐在台上白色沙发里的,是中国科学院院士、诺贝尔奖得主杨振宁老师,他很刚强地给台下一位研究生“泼了一瓢冷水”。

这位研一的男生来自中国科学院高能物理研究所,将来即将从事CEPC(环形正负电子对撞机)的预研工作。

年轻人首先表达了对这位闻名物理学家的崇敬,然后对于曾在几年前明白表现阻挡!中国制作大对撞机的杨老师热切问道:“我想代表我全部的同窗再问您一次,您如今对我们制作CEPC的想法有没有改变?”

国科大最大的会堂座无虚席

清楚表明阻挡态度后,杨振宁夸大“这是一个很重要的事情”。他提议大家去看他2016年在网上发布的一篇文章。

在那篇文章里,杨振宁细数了阻挡中国立刻开始制作大对撞机的七大原因:

其一,制作大对撞机美国有痛楚的履历,这项履历使大家广泛以为造大对撞机是进无底洞。杨振宁以为中国制作超大对撞机的预算不大概少于200亿美元。

其二,中国仍旧只是一个发展中国度,制作超大对撞机,费用奇大,对解决燃眉问题倒霉。

其三,制作超大对撞机必将大大挤压其他底子科学的经费。

其四,多数物理学家,包括杨振宁在内,以为超对称粒子的存在只是一个料想,没有任何试验根据,盼望用极大对撞机发现此料想中的粒子更只是料想加料想。

其五,七十年来高能物理的大成绩对人类生活有没有着实好处呢?杨振宁的答案是“没有”。至少将来三十、五十年内不会有。

其六,制作超大对撞机,其计划以及建成后的运转与分析,必将由90%的非中国人来主导。假如因此能得到诺贝尔奖,获奖者肯定不是中国人。

最后一点,杨振宁以为,不建超大对撞机,高能物理仍旧有其他方向值得探索,好比寻找新加速器原理,好比寻找美好的几何布局,如弦理论所研究的。

“中国如今做大的对撞机,这个事情与我适才讲的内容有密切的关系。”杨振宁此行是作为“明德讲堂”演讲高朋,来与国科大学子分享自己的学习和科研经历的。

杨振宁回想在美科研生活

在与学生们现场交流之前,97岁高龄的他已经脱稿侃侃而谈了四十五分钟。“我适才讲过,一个年轻的研究生最重要的一件事情是什么?实在不是你学到哪些技能,而是要使你自己走进将来五年、十年有大发展时机的范畴,这才是你做研究生时所要到达的目的。”

“而如今,是大对撞机‘消灭’的时间了。”

杨振宁直言:“在我在美国做研究生的时间,这个范畴刚开始大放色泽。也可以说这几十年来,它是大家以为物理学最最重要的发展范畴。但是这范畴不但是从今日开始,而是从30年从前开始,就已经走在末路上了。”

“但是多数人还不知道。”

杨振宁早在上世纪八十年代就表述了这样的看法。

当时他在美国参加了一个国际性的研讨会。在会上,物理学家们讨论以后十年高能物理向什么方向发展。谈及大型对撞机,杨振宁在那个会上讲了一句话:

“The party is over。”

“什么意思?盛宴已过。”坐在沙发里的杨老师招招手,增补翻译道。

The party is over。

杨振宁表现,自己其时就看出来,上个世纪五六十年代是高能物理的热潮,但是到了八十年代的时间,高能物理重要的观点都已经有了。“背面虽然还可以做,但是没有重要的新看法出来,尤其对于理论物理学的人来说,没有新看法,你做不出工具来,以是我当时候就讲了这句话。”

“不幸的是许多年轻人没有听进去我这句话,要么是他们只知道追随老师,那些老师没有懂我这句话。以是今日我才讲得更清晰一点。”

而自从在2016年发布文章明白阻挡制作大对撞机后,杨振宁也听到了许多品评的声音。“有人跟我说,杨振宁你这话完全错误。由于希格斯玻色子的发现就很重要。”

2012年科学家公布发现了一个新粒子,与希格斯玻色子特性有吻合之处。2013年3月14日,欧洲核子研究组织公布新消息稿表现,先前探测到的新粒子是希格斯玻色子。

这一结果也很快得到了诺贝尔物理学奖。

“这个贡献重不重要?固然重要。它证实了上世纪的那些理论是对的。”杨振宁说,“但是这重要的贡献的理论起头,不是如今,不是20年前,也不是30年从前,而是上世纪五六十年代了。”

希格斯玻色子的试验,是6000人互助的结果。每篇论文的署名自然也是好几千人。

“这个试验做完了以后,这个机器不能再做下去了,要造更大的对撞机,需要花更多的钱,至少要200亿美元。”杨振宁说,“别的国度没钱,大家说中国有钱。”

“我知道我的偕行对我很不满足,说我(的阻挡)是要把他们这行给封闭掉。但是这个对撞秘密花中国200亿美元,我没措施可以或许担当这个事情。”杨振宁说。

“我没措施可以或许担当这个事情”

这句话引来现场一些观众的掌声。但先条件问的那位研究生非常不佩服,他接着向杨振宁“挑衅”:

“您讲到科研成功的第一步就是爱好,我们对高能物理是有爱好的。200亿美元的经费也是一个常期的投入,我们并不是一年就把它花完,与其疏散做许多小项目,我们想的是做一个大项目。并且高能物理到底有没有前程,不是还得靠我们的积极吗?”

李树深校长(左)担当讲座主持人

杨振宁表现赞赏这位研究生的态度。但是他反问道:高能物理的研究,是不是现在整个全球科技发展的总趋势呢?

在他看来,整个的科技发展以及每个科技范畴内部的发展,都是在常常地改变。19世纪的物理学所研究的工具、研究的方法、研究的态度,跟20世纪是不一样的;那么21世纪物理学发展的趋势、研究!的标题、未来成绩的方向,跟20世纪也是完全不一样的。

“20世纪后半世纪最红的物理学是高能物理。而上世纪非常红的工具,到这个世纪还继续红下去,是很少有的。你为什么不思量21世纪将要发展的是什么呢?”他再次反问。

杨振宁以自己戴了二十年的助听器为例,这方面的技能不停更新换代,他每隔几年换的新助听器性能越来越好,特殊近来两年有革命性的希望。而这一希望则出处于丹麦学者对于声学的研究。

他相信这方面的科技还会继续发展,也是一个很有前程的研究方向。

杨振宁最后直截了本地说:“我懂高能物理,我以为你不要走这个方向。”

不停站在杨振宁身边主持演讲和互动环节的国科大校长、中科院院士李树深笑着接过了话茬:“我曾经听过清华大学朱邦芬老师的一个陈诉,介绍杨老师的为人和学问。此中朱老师给杨老师的一个评价就是率真。的确,杨老师看待问题的态度就是如此率真,毫无保存地把自己的看法贡献给大家。”



自12月以来, 关于中国事否建巨型对撞机,又有至少三方参与到讨论,此中包括 曾深度参与SSC计划的美国斯坦福传授赵午,CEPC项目标参与者中科院高能物理研究员研究员 阮曼奇和徐庆金,以及曾参与过重大科学项目决议的 国科学院理论物理研究所研究员 何祚庥。
今日,《知识分子》发布中国科学院高能物理研究所研究员高杰对何祚庥意见的回应。

本图由作者提供。

撰文 | 高杰(中国科学院高能物理研究所研究员)

克日,何祚庥院士发布了 《对赵午传授谈大型对撞机的XYZ问题的一点增补》 一文,此中有很多主观臆断和事实错误,在此给出回应。

1. 何老师在文章开始说我们缺少了一大笔计划制作施工职员的培训费用。做过大科学工程的人都知道,我们只要有一批有履历和本领的带头人,再通过项目造就一批人,就可以完成使命。自然我们会有一些交流培训费用,但与总预算项目相比是很少的,这部分预算也已经打入装备费中。


2. 何老师提到“赵午传授对CEPC型的对撞机的构思和计划,提出一个重大的质疑。这就是一个目的能量为CEPC式的对撞机比!SPPC式的对撞机小许多许多倍的计划方案里,却使用了同样周长的大圆圈。这在CEPC的计划中,完满是大浪费!”但实际上,CEPC这类的正负电子对撞机与SppC这样的质子对撞机完全差别,一个寻求亮度 (对撞事例率) ,一个寻求能量,但这两个寻求都需要周长。CEPC团队的优化计划结果表明:周长越长,亮度越高,亮度与周长的平方根成正比。周长越长,造价越高,但也不完满是线性的,加速器的注入器、超导高频腔、微波功率源、低温及探测器等都不随周长变革。因此最佳性价比的周长应该是单个希格斯粒子的价格最低。思量到加速器制作费用、探测器制作费用,以及后期的运行费用 (亮度越高意味着总运行年限越短) ,100km周长是最佳选择,与是否制作SPPC无关。


详细说来,自2012年9月CEPC的想法被提出后,CEPC团队先后完成了《CEPC-SppC预观点计划陈诉》、!《CEPC-SppC希望陈诉》和《CEPC观点计划陈诉》。我们曾经宣布过50km周长方案,造价255亿,亮度是100km周长方案的2/3。大家都市算,只从造价上思量,这个方案的希格斯粒子单价高于360亿的100km周长方案。再思量运行费的话,单价就更高了。详细的优化细节可以参考CEPC团队于2018年发布的有环球25个国度1100多名科学家署名的CEPC观点计划陈诉 (见参考文献5) 及别的关联参考文献。


思量SPPC是为了留下未来发展的大概性,CEPC与SppC放置在同一隧道还将保存将来电子质子对撞的大概性。这些思量都是为了不浪费这个隧道,而不会在现阶段参加SPPC的建设内容。我们频频说明SPPC的建设是有条件的。现阶段大家只应该思量CEPC的科学目的及其造价、性价比。

3. 何老师提到CEPC需要“分外添加很多超导磁场的建设”,实际上CEPC是电子加速器,由于束流能量较低,对其偏转及聚焦磁铁的磁场强度都非常低 (如二极偏转磁场约0.04T) ,接纳的是价格非常低廉的常规磁铁技能,仅在对撞点四周需要少量几块超导四极铁、超导六极铁和超导螺线管磁铁;这部分超导磁铁的造价不超越CEPC加速器总造价 (含土建) 的千分之五,因此,根本不存在何老师所说的环境。


4. 何老师还提到CEPC“正负电子束在超导磁场的偏折下,还会引起多余的散焦效应,为赔偿这类散焦效应,还要在电子的冷却上,再多花一笔钱”。事实是,CEPC接纳传统常温磁铁进行偏转,不存在散焦也不存在运用电子束流冷却的观点。


5. CEPC的计划是优化过的,也经过了国际专家委员会的评审,并没有为SPPC花了分外的经费。假如何老师要么赵午老师详细指出上述《CEPC观点计划陈诉!》不公道要么没有优化之处并给出详细提议,我们乐意认真听取并公道采取。赵午老师是加速器理论专家,提议在认真阅读《CEPC观点计划陈诉》的底子上,发布更专业的意见。


6. 何老师文中针对国际直线对撞机 (ILC) 说到“做为一项对比的方案,是在日本,我们的东邻,也计划了一个和CEPC性能相同的直线型的超大型的正负电子对撞机。由于这一计划去掉了大圆圈,去掉了超导磁场,无疑在造价费用上要比王贻芳少许多,在单位时间内得到的H粒子以及Z粒子的数目上,也还大概还要多出一些”。一方面这正表明CEPC的科学目的是有国际共鸣的,另一方面何老师关于ILC的价格和性价比的说法是完全错误的。


实际上,ILC接纳全超导技能,相比基于常规磁铁技能的CEPC来说每米造价要贵得多。现在的250GeV方案长度为21km,比CEPC 100km的造价还略高一点;同时ILC亮度比CEPC低3倍,对撞点只有一个,因此单位时间得到的希格斯粒子数比CEPC少6倍,单位时间得到的Z粒子比CEPC少两个数目级以上。显然CEPC是一个比ILC性价比高得多的机器,不知何老师的结论从何而来,有何事实依据?实际上,何小刚发布在《知识分子》2017年1月31日的《 评何祚庥院士对中!国建设大型对撞机的意见 》一文中就已经指出何老师的这个错误,但遗憾的是,何老师继续对峙这种错误说法,不知是忘了“没有調察就没有发言权”、还是州官放火,要么醉翁之意?

7. 何老师说CEPC“是一个垂钓工程。实在施的结果,就会如杨振宁传授所指出的,这大概是耗费极大,而又得不到重大科学结果的,一个无底洞”,不知道何老师的依据在那里?是计划有问题、还是估价有问题?详细问题在那里?说一个大科学工程是一个“垂钓工程”而又没有依据,说轻一点是不负责任,说重一点是污蔑和诽谤。


作者介绍:

高杰,中国科学院高能物理研究所研究员,常期从事高能正负电子对撞机(CEPC及ILC)加速器物理与计划方面的研究工作,现在任CEPC机构委员会副主席,CEPC-SppC加速器负责人,亚洲直线对撞机(ILC)引导委员会主席,国际将来加速器委员会(ICFA)直线对撞机理事会理事。

参考文献: 1.CEPC-SppC Pre-CDR, IHEP-CEPC-DR-2015-0。http://cepc.ihep.ac.cn/preCDR/volume.html 2.CEPC-SppC Progress Report, IHEP-CEPC-DR-2017-01,http://cepc.ihep.ac.cn/Progress%20Report.pdf 3.CEPC Accelerator CDR, 2018:arXiv:1809.00285 4.CEPC accelerator to European Strategy Input: ArXiv: 1901.03169 5. http://cepc.ihep.ac.cn/CEPC_CDR_Vol1_Accelerator.pdf

11月17日,王贻芳在2019将来科学大奖颁奖仪式上发言。将来论坛供图

捐50万美元奖金助力大型对撞机建设

王贻芳、陆锦标两位科学家得到2019将来科学大奖“物质科学奖”。他们试验发现了第三种中微子振荡模式,为讲明宇宙中物质与反物质不对称性提供了大概。颁奖仪式上,王贻芳公布捐出全部50万美元奖金,创建“环形正负电子对撞机促进基金”。他同时对曾受争议的环形正负电子对撞机予以回应,表现这个对撞机的科学目的就是要研究希格斯粒子的性子,如今是推动对撞机建设的最好机遇。

11月17日,在将来科学大奖获奖者陈诉会和采访环节,中国科学院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳介绍了江门中微子试验的最新希望。对曾受争议的环形正负电子对撞机(CEPC),他表现,如今是推动对撞机建设的最好机遇,这个时间窗口不会超越10年。

新发现有助于明白反物质消散之谜

王贻芳的名字初次走入大众视野,源于“新的中微子振荡模式”的发现。这项结果入选美国《科学》杂志2012年环球十大科学突破,获2016年度国度自然科学一等奖。

中微子是组成物质全球的12种基本粒子之三(电子中微子、μ中微子和τ中微子),是在核衰变与核反响中开释的具有极其微小相互作用的基本粒子。宇宙大爆炸时,在第一秒钟内就产生了无数的中微子。但中微子大概不跟任何物质发生作用,不轻易被捕获到。

一种中微子在飞行過逞中变为另一种中微子,然后再变返回,就是中微子振荡。捕获中微子的振荡模式,有大概让科学家理解宇宙的演化及此中的布局怎样形成等问题。

本世纪初,日本与加拿大的科学家发现已知三种中微子之间的两种相互转化征象(振荡),标记中微子具有不为零的质量,也存在超出当前粒子物理尺度模型的相互作用,因而得到2015年的诺贝尔物理学奖。

王贻芳和团队将中微子探测试验室设在大亚湾核电站。大亚湾核电基地为试验提供了丰富的中微子源。这里紧邻高山,可以为地下试验室屏蔽宇宙射线滋扰。

但是开挖地下试验室并不轻易,需要解决大量技能困难。王贻芳举例说,在距核反响堆很近的地方进行爆破,是试验当中碰到的巨大困难。“最终我们搞定重重困难,安全完成了相近核反响堆的约3000次爆破作业,建成了地下试验室。”

2012年3月,王贻芳和陆锦标代表大亚湾国际互助组公布初次探测到中微子的第三种振荡模式。第三种中微子振荡的建立,打开了明白反物质消散之谜的大门。

开展江门中微子试验,来年安装探测器

大亚湾试验完成后,王贻芳领导团队快马加鞭投入下一其中微子试验——江门中微子试验。2015年,江门试验开始建设。

“试验将探测中微子的质量次序,准确丈量中微子混合参数,精度将进步一个量级。试验还会研究太阳中微子、超新星中微子、地球中微子、质子衰变等。”王贻芳介绍试验的科学目的说,这些将对粒子物理、地球劈头研究、天体物理研究等具有重要意义。

他透露,江门中微子试验互助组的范围比大亚湾试验大三倍,现在即将完成土建,2020年将开始安装探测器,计划2030年进行升级。

“江门中微子试验将取得重大结果”,对于中微子研究,王贻芳非常乐观,“中国技能本领已经走入国际第一方阵,10年内中微子振荡、20年内中微子质量、30年内无中微子双β衰变等问题都能得到解决。”

力主建设中国的“希格斯粒子工场”

近几年,王贻芳的名字更多和环形正负电子对撞机(CEPC)出如今一起。

环形正负电子对撞机计划是中国高能物理学家2012年提出的,旨在高能物理范畴探索和明白希格斯粒子性子、宇宙!早期演化、寻找暗物质等未解的重要科学问题,寻找新的物理规律。

对撞机是一种特别的粒子加速器,它能把电子、质子等加速到空前的高能量,使它们进行对撞,分析撞击结果可以研究物质基本构成及布局。现在全球上能量最高的加速器是欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC),其周长到达了27千米。中国要计划建设的能量更高的环形正负电子对撞机周长计划为100千米,将产生大量希格斯粒子,成为中国的“希格斯粒子工场”。

王贻芳以为,建设环形正负电子对撞机将是中国引领全球底子物理研究最好的时机。他介绍说,现在粒子物理研究有两个最重要的热门,一是中微子,一是希格斯粒子。两种粒子都存在未解之谜,给科学家带来了相当的狐疑,现在在理论和试验上都有证据,证实有超出尺度模型的新物理,下一步要积极找到窗口解决令人狐疑的新物理。“各都城在寻找种种方案,最后要靠试验结果说话。在中微子和希格斯粒子两个方向同时发力,是我们应该做的。”

环形正负电子对撞机的科学目的就是要研究希格斯粒子的性子。王贻芳说,在国际竞争方面,欧洲、美国、日本等都有正在进行的其他项目,临时无暇做“希格斯粒子工场”,使中国有大概在时间上取胜。别的,中国有这方面的技能积聚也是一大优势。“综合各方面来看,这是我们推动CEPC最好的机遇。这个时间窗口不会超越10年,以是应该捉住。”

■ 回应质疑

“环形正负电子对撞机不会挤占其他学科经费”

环形正负电子对撞机的制作曾经遭遇质疑。2016年,闻名物理学家杨振宁公开阻挡中国制作环形正负电子对撞机,此中一个缘故就是需要大量耗费,是个无底洞。也有人担心,对它投入过多会挤压其他学科经费。

“对环形正负电子对撞机,大家如今大概还看不清晰需求,就像20年前很难想象为什么要做一个20亿的江门中微子试验?10年前推动50亿的怀柔高能同步辐射光源时也很艰苦。10年到20年后,大家会熟悉到,我们需要有环形正负电子对撞机这样的有重大科学意义。、社会心义、技能发展意义的大科学装置。”

王贻芳表现,环形正负电子对撞机项目第一阶段的预算为360亿元人民币,推进项目纳入“十四五”计划是现在积极的方向之一。

“环形正负电子对撞机建设要10年时间,它不会挤占任何人的经费,纵然由国度投入,也不会使差别学科投入有畸形比例,相反会把底子科学对差别学科投入比例带到越发正常的范畴。”王贻芳讲明说,“360亿听起来许多,但它是全中国全部粒子物理学家10年的经费。从总经费来说,我们没有改变差别范畴和学科的比例。”

他以为,现在国度对科研的投入仍需增强,“一方面底子科学总投入太少,占研究与试验发展经费的比例应该在10%-15%,国际上15%,我国只有5%,短期内有一倍的增长空间是合适的。在5%的底子科学研究中,现在我国对大科学投入偏少,特殊是对底子物理和核物理投入偏少、比例偏低。在我国大部分大学中,粒子物理、核物理、天体物理能占到10%就不错了,海外研究型大学一样平常占到30%。”

■ 人物简介

王贻芳 高能物理学家,中国科学院院士,中国科学院高能物理研究所所长。常期从事高能物理试验研究,向导完成了北京正负电子对撞机上的北京谱仪III(!BESIII)计划、研制、运行和前期物理研究,技能上到达国际先辈程度并发现了一系列新粒子和新征象,在轻强子谱和粲物理研究方面处于国际领先地位。提出大亚湾中微子试验方案并带领团队完成了试验计划、研制、运行和物理研究,发现了一种新的中微子振荡模式。

【声音】

科学研究都是由好奇心驱动,不然碰到困难时轻易绕着走。只有对科学有真正寻求和热爱,才能面对和搞定困难。

制作环形正负电子对撞机需要电子、超导、磁铁、芯片等二三十种门类的技能,这些技能已经有已往30年的积聚,但仍需大步超过。在此過逞中,要均衡风险和创新的关系。超过大了做不成,相反创新不够大,钱也白花了。 ——王贻芳

新京报记者 张璐

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