楊振寧先生走了,他曾經極力反對的花費千億資金修建大型粒子對撞機有了新進展——CEPC發布基準探測器技術設計報告。這代表著修建CEPC的技術設計已經全部完成,下一步就是申請項目和工程設計方面的事情,一旦獲得批準,就可以開工了。
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當年,為了明確反對我國花費巨資修建大型對撞機,楊振寧在“知識分子”上發布文章《楊振寧:中國今天不宜建造超大對撞機》,將物理學界爭論展現在大家面前,由此引發了一系列的學術討論。
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楊振寧在文章中給出了7個理由,明確反對修建大型對撞機。他表示,美國和歐洲修建的大對撞機都嚴重超預算,是個“無底洞”。當下我們還有很多燃眉問題要解決,花費巨資必然擠占其他基礎科學的經費。
他認為,“七十年來高能物理的大成就對人類生活有沒有實在好處”,人們雖然寄希望于大型粒子對撞機來尋找新的粒子,或者深入了解幾種力,但是“基本只能是猜想”。
他認為,即便花錢修好了,也會為外國人“做嫁衣”,因為我們沒有那么多人才。他反問道“超大對撞機必將由90%的非中國人來主導如果能得到諾貝爾獎,獲獎者會是中國人嗎?”
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他建議:不建超大對撞機,高能物理就完全沒有前途了嗎?不然我認為至少有兩個方向值得探索:A. 尋找新加速器原理B.尋找美妙的幾何結構,如弦理論所研究的這兩方面的研究都不那么費錢,符合當今世界經濟發展的總趨勢。
當年,楊振寧的堅決反對,不僅讓國內的高能物理學者們感到意外,就連國際上的學者也很不理解。但是楊振寧很堅決,他說:“我絕不反對高能物理繼續發展,我反對的是中國今天開始建造超大對撞機”。
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實際上,這個大型粒子對撞機,分為兩個大項目,一是第一階段(CEPC)正負電子對撞機300多億元,以及第二階段質子對撞機700多億元,兩個階段大約要花1000億人民幣,并且是每年支出一部分。
提出這個方案的代表人物就是王貽芳院士,當然也包括全球高能物理學界。王貽芳院士領銜的這個項目是從2012年就提出的,旨在修建一個正負電子的能量達到120GeV,用于替換即將到達預期壽命的2×2.2GeV北京正負電子對撞機,首期耗資360億元。
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在遭遇到楊振寧的反對之后,CEPC項目在“十三五”發改委項目上,以一票之差就沒能通過。
楊振寧的反對其實也不無道理,外國類似項目沒有大的進展,項目預算嚴重超標,在眾多領域需要科研經費的時候,花費千億人民幣,甚至200億美元去修建大型粒子對撞機能不能實現既定科學目標?是不是由中國科學家主導,確實存在很多不確定性。
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項目沒有申請成功,王貽芳院士領銜的CEPC團隊也并沒有放棄,在繼續深化方案的同時,也在做一些技術預研。CEPC團隊于2018年完成了《概念設計報告》,明確了科學目標和裝置的基本框架。隨后,項目進入更為深入和具體的技術設計階段,旨在驗證各項關鍵技術的可行性,并完成核心部件的詳細設計。
但是楊振寧還是堅持他的意見,并表示“大型對撞機盛宴已過,從30年前開始就已走在末路上。”他還說:“我的看法完全沒有改變。”
2019年,97歲的楊振寧在國科大的新禮堂演講中回答一位來自高能物理研究所,未來即將從事CEPC(環形正負電子對撞機)的預研工作的男研究生說的。他清晰地表達自己的意見之后,還強調楊振寧強調“這是一個很重要的事情”。他建議大家去看他2016年在網上發表的一篇文章(指的就是:《楊振寧:中國今天不宜建造超大對撞機》)。
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楊振寧直言:“The party is over.”“什么意思?盛宴已過。”坐在沙發里的楊振寧揮揮手,補充翻譯道。
楊振寧說:“這個實驗做完了以后,這個機器不能再做下去了,要造更大的對撞機,需要花更多的錢,至少要200億美元。”楊振寧說,“別的國家沒錢,大家說中國有錢。” 所以,他“我沒辦法能夠接受這個事情”。
楊振寧表示自己的反對,引起了很多同行的不滿,說他的反對直接會讓這一行給關閉掉。“可是這個對撞機要花中國200億美元,我沒辦法能夠接受這個事情。”楊振寧說。
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提問的研究生不服氣,并表示:“200億美元的經費也是一個長期的投入,我們并不是一年就把它花完,與其分散做很多小項目,我們想的是做一個大項目。而且高能物理到底有沒有前途,不是還得靠我們的努力嗎?”
楊振寧直接表示,時代不同了,在他看來高能物理研究已經不是世界科技發展的總趨勢。他認為21世紀的物理學研究應該與20世紀完全不一樣。他還直截了當地說“我懂高能物理,我認為你不要走這個方向。”
這段演講,也被媒體評論為“楊振寧的最后一戰”,其實說白了,在楊振寧看來,21世紀高能物理的發展不能沿用20世紀的思路,而是要采用更好的辦法。大型粒子對撞機并不是最好的辦法,花錢多不說,結果還未知。并且還容易被海外科學家主導,我們當下反而要做一些燃眉的領域的研究。
在楊振寧看來,外國人的項目沒錢了,想起來讓我們出錢了。但是我們自己要是準備好了,中國人自己主導其實也是好事。面對這個“無底洞”,必須有深入的思考,不能只說好的,不說壞的。
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當然,楊振寧的反對也招來了很多批評。一方面說楊先生說發現新粒子也無法改善人類面臨的問題,另一方面說花錢太多沒有過多的依據,并且中國人已經可以主導,可以在該領域起到主導作用。
學術的爭論其實很正常,以前行業內有很多,只不過泰斗級人物的爭論在坊間傳播,引起的關注就更大。以前這樣的爭論不是太多了,而是太少了。后來事實也證明,站在世界物理的高峰,楊振寧可能更關注的還是科技前沿有助于解決應用問題的實際。他在反駁國科大禮堂臺下的研究生的時候,舉例都是說的助聽器的發展。
楊振寧本就以率直在業內著稱,他反對當下修建大型粒子對撞機,但是并不意味著他反對修建任何大型科學裝置。他在美國時,就經常與丁肇中的博士生,后來主導修建北京正負電子對撞機、中國散裂中子源,擔任“高能所”所長的陳和生交流密切。不僅多次參觀上述大科學裝置項目,甚至還為引進人才提供資金支持。
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即便到了2019年,行動不太方便的楊振寧,還是在陳和生院士的陪同下參觀了中國散裂中子源直線隧道。說到底,他還是擔心我們花了大價錢,沒搞出來多少東西,還讓為外國人做了嫁衣。
學術的爭論其實一直沒有停止,但是CEPC團隊的預備工作也在進行。2012年被譽為“上帝粒子”希格斯玻色子的發現,還是讓中國高能物理學界對建設CEPC的夢想不斷提升。他們明白楊振寧先生的擔心,也更加深入地做起了設計和前期工作。
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CEPC團隊于2018年完成了《概念設計報告》,明確了科學目標和裝置的基本框架。2023年發布的《加速器技術設計報告》。2025年發布了《基準探測器技術設計報告》。
這期間,完成了核心部件和各項關鍵技術的驗證。并且科學目標方面,也不僅僅局限于發現新的粒子,而是兼容了更多目標。CEPC團隊經過近10年的努力,在加速器和探測器的關鍵技術取得了多項重要突破,達到國際先進水平。
為了確保嚴謹性,還邀請了瑞士、意大利、英國、日本、俄羅斯、瑞典等國外專家進行評議,發布的《基準探測器技術設計報告》其實已經意味著被譽為“希格斯粒子工廠”的重大科學裝置從藍圖走向現實奠定了堅實基礎。
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對于楊振寧的擔心,其實CEPC團隊也做出了回應性的改進,算是將可研、關鍵技術突破、核心部件研制等方面都做完了,接下來就是加速項目建設方面的事情了。
1983年W和Z玻色子、90年代頂夸克、2012年希格斯玻色子等關鍵發現均依托對撞機完成,現有研究僅解釋了宇宙5%的可見物質,暗物質、暗能量等謎題需更高能標對撞機探索,且能驗證超對稱粒子、弦理論等理論。
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當年楊振寧擔心的“擠占其他科研項目資金”,以及中國缺乏對應人才的問題其實也已經解決,能確保中國人主導和引領。其實真的要建,也是可以的。畢竟我們已經成功運行了這么多的大型科學裝置,與國際上展開了廣泛的合作。
但是也要避免類似美國超導超級對撞機(SSC)項目、歐洲大型強子對撞機(LHC)出現的問題。但是能否在“十五五期間”開建,還有待進一步討論。
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