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杨振宁反对花千亿建大对撞机中科院所长驳斥

栏目:资讯    来源:互联网    作者:竹隐    发布时间:2016-09-06 11:43   阅读量:14460   
杨振宁否决花千亿建大对撞机中科院所长驳倒

9月4日,《知识份子》刊发了杨振宁先生的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》,作为正在高能物理一线从事试验工作的科学家、现任中国科学院高能物理研究所所长,我不能够赞成他的概念。

(一)杨先生否决的第一点缘由是造大型加快器是无底洞。这里触及三个问题,一个是SSC为何失败?第二是中国的大型加快器需求多少钱?第三是这个估量靠得住吗,是否又是一个无底洞?下头我逐个答复。

美国超导超级对撞机(SSC)失败的缘由有很多,包含当时的政府赤字且与国际空间站争夺经费、美国的两党政治斗争、德克萨斯与其他地区的区域竞争等。“预算超支”毫不是SSC失败的主要缘由。

对美国来讲SSC中途下马是极其错误的,它使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机遇,失去了国际领导身份,到目前还没有翻身。当年美国科学界否决SSC的缘由跟我们今天在中国听到的很类似。事实上SSC的终止并没有让任何科学家获得经费的增加。在此以后欧洲建造了大型强子对撞机(LHC),获得了极大的成功。虽有超支,但其实不是太多。

中国的政治与美国彻底不一样,对大工程建设实际上有优势,缘由是偶然性较小。SSC失败,不代表我们就不能够建造大型加快器。

我们规划的大型对撞机项目(以周长为100千米算)分两步走:第一步正负电子对撞机(CEPC)建设阶段,约在2022—2030年间,工程造价(不包含土地、“七通一平”等)约400亿人民币。

假如这第一步成功,CEPC有新物理的迹象,且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟,其价钱降到合理水平(好比20元/千伏安米),我们能够走第二步,质子对撞机(SPPC)阶段,工程造价在1000亿人民币之内,时间是在2040—2050年左右。这里假如减去国际奉献约30%,中国政府应当出资大约300亿人民币(每年30亿)和700亿人民币(每年70亿),但不包含未来的通货扩张。

过去50年间,国际上有很多成功的加快器工程(如LEP,LHC,PEPII,KEKB/SuperKEKB等),也有很多不太成功的加快器工程(ISABELLE,SSC,FAIR等)。这里不成功的都是质子加快器,电子对撞机还没有不成功的先例。缘由主要还是质子加快器较为复杂,对超导技术的预估较难,不简单在技术、造价与指标上有一个适当的掌握。

高能所建所40年以来,在北京正负电子对撞机、大亚湾中微子试验、散裂中子源、ADS注入器等超过亿元的大型加快器及探测器工程中,均按工期、指标完成,实际造价与预算对比,连5%都没有超。我们有成熟的估价、建造、管理经历。

对CEPC的估价我们采取了两种方法:(1)分解法:将各设备部件造价相加;(2)类比法:与国表里已完成的同类装配与设备对比。在总价和系统级,两种方法得出的结果,误差在20%之内。在完成了初步概念设计今后,我们产生了一个1000多项的设备清单,据此进行了造价估量,并邀请国表里专家进行了评审。

对第二阶段SPPC的估量我们只采取了类比法。缘由是这不是现阶段的任务,只是也许性。议论它的造价意义不大。不成熟不会启动,所以怎样会是无底洞呢?

(二) 杨先生否决的第二点缘由是中国如今依然是一个发展中国家,还有亟待处理的民生问题,超大型对撞机不是燃眉之急,如今不宜考虑。

民生问题固然要处理,但我们也要考虑久远,发展要可连续,要有抢先世界的能力。高能物理研究物质的最小构造及其规律,采取的手段从加快器、探测器到低温、超导、微波、高频、真空、电源、精准机械、自动控制、计算机与网络等,很洪水平上引领了这些高技术的发展并获得普遍运用。建造大型对撞机能够使我们抢先国际达几十年,使一些重要技术产品完成国产化并走到世界最前沿,能够构成一个国际科技中心接收国外智力资源,能够培育几千名能创新的的顶尖人才,怎样不是燃眉之急,燃眉之急?

并且一个大国,没有对人类文明的奉献,很难措辞洪亮,这影响中国在世界上获得利益。

从占GDP的比例来看,大型对撞机的造价(即便包含SPPC)并没有超过1980年代的北京正负电子对撞机,也低于国际上的LEP、LHC、SSC、ILC等各类已完成的和筹划中的设施。

下一个五年筹划开建大型对撞机,是我们在高能物理领域抢先国际的一个难得的机遇。首先新发现的希格斯粒子质量很低,使我们有也许提出环形正负电子对撞机这个方案来研究它,还有机遇改形成质子对撞机,有50年以上的科学寿命;其次,欧洲、美国和日本手头都有项目,20年之内很难腾出手来,我们的竞争环境好;第三,我们有北京正负电子对撞机的经历,我们有技术和人员队伍的积累,还有极好的大型地下工程施工经历。这个机遇窗口只有10年,失去了,下一次就不晓得是什么时候。

(三)杨先生否决的第三点缘由是建造超大对撞机势必大大挤压其他基础科学的经费。

中国的基础研究经费如今占研发经费的比重大约是5%,国际上发达国家普通是15%。中国的基础研究经费还有庞大的增长空间,大约每年1000亿人民币以上,CEPC不会挤压其他基础科学研究的经费。

另外一方面,增加的经费应当向哪一个方面投呢?大家都晓得我国的基础科学研究经费中相当大的比重是用来购置外国仪器。假如我们忽然平均地增加基础研究经费,或向某些领域倾斜,估量会大大拉动美欧日的GDP。而假如我们花10年的时间投入300亿建造加快器,90%以上的钱会花在国内。而CEPC的投入从长久来看,是使各领域的比例与国际上基本一致(如今国内粒子物理、核物理比例严重偏低)。国家目前提动身起和领导国际大科学工程和筹划,CEPC是一个极好的候选项目。

(四)杨先生否决的第四点缘由是高能物理学家想寻觅的“超对称粒子”和“量子引力化”都未被发现,未来希望用对撞机发现料想中的粒子也是不会成功的。

建造大型对撞机的科学目的不是那样。我们的科学目的,简言之:粒子物理如今的标准模型只是一个在低能情况下的有用理论,需求持续发展更深条理的理论,尽管目前已有一些超过该模型的试验证据,但需求更多的试验证据指明未来的发展方向。

如今已知的标准模型中的问题,大部分与希格斯粒子有关,所以更深条理的新物理应当会从希格斯粒子处显露蛛丝马迹。CEPC能够将希格斯粒子的丈量精度提高至1%左右,比LHC好10倍,这便能够确认希格斯粒子的性质,推断希格斯粒子是否与标准模型预言彻底一致。同时CEPC还有希望初次丈量希格斯粒子的自耦合,确定希格斯场参加的真空相变的方式,这对宇宙的早期演变具有重要意义。所以,不管LHC是否发现新物理,CEPC都是需求的,这是粒子物理发展中跳可是去的一步。

假若有新的希格斯粒子耦合方式、新的随着粒子、非点构造的希格斯粒子,或其它与标准模型的误差,我们能够进行第二阶段,建造大型质子对撞机,直接寻觅形成误差的缘由。这个缘由固然也许是超对称粒子,也也许是其他粒子。目前还没办法预言对撞机遇不会发现料想中的粒子。

(五)杨先生否决的第五点缘由是七十年来高能物理的大成绩对人类生活没有实在的利益,未来也不会有益益。

七十年来,高能物理发展出的技术与生活息息有关。没有高能物理,就没有同步辐射光源、自在电子激光和散裂中子源等装配,我们目前的很多生物、地质、环境、材料、凝集态等方面的提高就无从谈起。没有高能物理,今天在医院里的很多检讨与医治(MRI,PET, 癌症的放射性医治等)就不会存在,或许会推延出现,很多人的生命会被缩短,生活质量会下降。没有高能物理,触摸屏就会推延出现,智能手机就是一个理想;没有高能物理,就没有WWW网。人类从WWW网中获得的收益,弘远于对高能物理的所有投入。

中国建大加快器对我们有什么实际的利益呢?第一阶段300亿人民币的投入(2022年起,每年30亿),起码使我们能够在以下技术方面完成国产化,并抢先国际:

a)高性能超导高频腔(运用于几乎所有的加快器)

b)高效率、大功率微波功率源(也可运用于雷达、广播、通讯、加快器等)

c)大型低温制冷机(也可运用于科研设施、火箭发念头、医疗设备等)

d)高速、抗辐照硅探测器、电子线路与芯片等

同时我们还能够在精准机械、微波、真空、自动控制、数据获得与处置,计算机与网络通讯等技术方面抢先国际,能够培育上千名顶尖的物理学家和工程师,引进上千名国际顶尖的科学家和工程师。

假若有第二阶段,2040年起每年70亿人民币的投入,能够带动高温超导材料、超导磁体等运用技术的适用化,并国际抢先。这个产业的规模也许远远超过700亿人民币。除此以外,也许还有出人意表的新发现、新技术。

(六)杨先生否决的第六点缘由是高能所三十年来的成绩不高,超大对撞机90%的工作将由非中国人来主导,诺贝尔奖也不会是中国人。

从树立北京正负电子对撞机开始。国家对高能所在高能物理研究方面的投入,除人员建筑、试验室及设备、研究经费以外,主要科学设施是北京正负电子对撞机(2.4亿元,1984年),北京正负电子对撞机重大改造工程(6.4亿,2004年),和大亚湾中微子试验(1.7亿,2007年)等,一共约10亿元人民币。与国内其它领域对比,好比杨先生提到的生物、凝集态、天文物理等,不管是总数还是人均,都绝对不算多。这些投入获得的成果、各类国表里嘉奖,与国内其它领域对比绝对很多。这点投资与国际上比差好几个数目级;但我们的成果能够跟他们比肩,起码我们目前是国际高能物理领域四大试验室之一(CERN,Fermi,KEK,IHEP)。

我们中国的科学家2012年在国际上独自地初次提出CEPC-SPPC的假想,获得国际上的积极呼应与赞同。随后我们展开了初步概念设计,尽管有国际参加,但主如果以我们为主完成了《初步概念设计报告》。所以未来超大对撞机70%的工作将由中国人来主导完成,起码会与我们的出资比例一致。

高能所加入过1980年代北京正负电子对撞机设计与建设的专家都说,当年的困难比起今天的CEPC,只大不小。我们不会一代不如一代。我们有信念和能力独自完成CEPC。固然从国际协作考虑,还是需求撒手一些工作内容。

至于未来第二阶段质子加快器的工作,我们如今确实经历缺乏,需求尽力。但我们还有二十多年,完成“完成工作与出资比例相当”这个最低目的,以我们过去三十多年提高的记载来看,是能够完成的。

至于中国人得诺贝尔奖,我认为没办法预感,也不是国家对基础科学投入的目的。我们希望中国有一个CERN这样的研究机构,至于有无希格斯这样的人去得诺贝尔奖,其实不重要。

(七)杨先生否决的第七点缘由是高能物理的前程在“新加快原理”和“几何理论”,不在大型加快器。

“新加快原理”确实是一个加快器发展的重要方向,也许未来几十年内能用于高能物理固定靶试验,或某些对束流品质请求不高的运用领域。在高能对撞机方面,不管是束流品质还是能量利用效率,都还有太长的路要走。高能物理不能够期待这个新技术成熟。至于“几何理论”,或是“弦理论”,虚无缥缈,不是试验物理学家目前考虑的问题。

高能物理的前程在哪里,见仁见智。我们应当更多地听取科研一线新生代科学家的看法。(中科院高能物理研究所所长 王贻芳)

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