丘成桐為什麼期待在中國建巨型對撞機
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《從萬里長城到巨型對撞機》，【美】丘成桐等著，何紅建等譯，電子工業出版社2016年4月出版
中國高能物理需要一個突破
該書作者之一丘成桐是哈佛大學數學系和物理系的教授。三年前，哈佛大學物理系請他做教授，主要因為數學和現代物理都與他有很密切的關係。很多高能物理學家認為巨型對撞機是整個理論問題的最重要支柱，對在中國建一個巨型對撞機有很大興趣與希冀。
丘成桐的「卡拉比—丘」空間被用到極高能物理的超弦理論之中，因此，他也熱望有一台極高能量的對撞機可以驗證超弦理論中關於超對稱的部分。
丘成桐和諾貝爾物理學獎得主戴維·格羅斯（David Gross）在北京開會的時候，後者建議他把書的名字取為「From the Great wall to the Great Collider」，因為偉大的實驗要跟萬里長城一樣，萬里長城是經過兩千年慢慢構造完成的偉大建築，巨型對撞機也要花很多時間。他們希望大概花20年能夠建成它，地點則選擇在中國的秦皇島山海關附近。
在書中，丘成桐指出，中國建造巨型對撞機有其歷史的原因。
中國物理學發展五六十年來做了很多工作。1957年，物理學家李政道和楊振寧提出宇稱不守恆思想，很快被實驗驗證，他們得到了諾貝爾物理學獎。1976年，物理學家丁肇中找到新的基本粒子，從而部分證實了當時最前沿的夸克模型的正確性，也得到了諾貝爾物理學獎。在這些人成功經驗的激勵下，上世紀80年代，國家領導人支持在北京郊區建造正負電子對撞機，中國物理學家在「陶—粲」物理上一直保持著國際領先的紀錄。然而，差不多30年過去了，北京正負電子對撞機已經窮盡了該能區的物理學，未來的出路在哪裡，也是中國在高能物理領域必須面對的現實問題。
雖然有大亞灣中微子實驗中取得歷史性的新的突破，但是，歐洲核子中心的大型強子對撞機LHC發現希格斯粒子的事件無疑更為轟動。對希格斯粒子的研究目前已經處於一個瓶頸之中，為了尋找更多的希格斯粒子，需要一個希格斯工廠，而這是目前歐洲核子中心的大型強子對撞機做不到的事情。
在書中，丘成桐指出，對粒子物理標準模型中最後要素長達48 年的搜尋，終以2012 年希格斯玻色子的發現而告登峰造極。當人們還在歡慶這一巨大勝利時，中國科學家已經開始了新的征程，他們將繼續人類對自然界基本組元長達幾個世紀的探索。具體而言，他們開始為建造一台巨型加速器作基本準備。這台機器周長可達100 千米，足以將物理學帶入一片前所未及的高能領域，在這裡將有可能發現大量新粒子及新的物理學對稱性。
在書中談到建造這樣一台巨型對撞機勢在必行：即使標準模型能以驚人的精度描寫基本粒子的行為，也仍然不完整，因為該理論無法解釋宇宙大爆炸、萬有引力、暗物質、暗能量等影響深遠的現象。
巨型對撞機的效應
關於此書，筆者曾經在清華大學丘成桐數學科學中心與丘成桐先生有過一次面對面交流。丘成桐認為，巨型對撞機建成後，會吸引1萬名左右的頂尖科學家來中國工作，這些科學家就好像游牧民族一樣，需要尋找有草的地方放牧，發展事業。而巨型對撞機全世界只有一台，他們一定會到中國來進行合作研究。他們的工資由所在國的大學與研究所支付，而他們的到來相當於中國把哈佛大學等美國名校帶到了中國，畢竟目前中國還沒有那麼多長期在中國工作的哈佛、普林斯頓等頂尖名校的教授。
從某種意義上講，在中國建設大型對撞機就好像在中國建成了一個「科學的聯合國」，這對中國科研體制改革的推動力量也是巨大的。
雖然有一部分科學家擔心，在中國建設巨型對撞機可能導致大量的科研經費流向高能物理領域，而持反對態度。還有一種觀點認為，超越粒子物理標準模型的理論還沒有完全建立起來，目前造巨型對撞機就好像盲人摸象，瞎貓去碰死耗子，萬一最後沒有發現新物理呢。
對於這種看法，丘成桐對筆者如是說：「無論對物理本身，還是對整個中國的科研，巨型對撞機都有重要的好處。做科學應該有大局觀念，不能只看到個人的利益。如果找不到新物理，也不是一個壞消息。這就好像以前麥克爾遜—莫雷實驗為了測量以太漂移，最後測到零結果——但這最終導致了愛因斯坦提出狹義相對論。所以，沒有發現新物理並不一定是壞消息。」
總之，丘成桐認為，在中國搞巨型對撞機需要花的400億元是分20年投入的，資金壓力不會太大，而這個項目的科學價值無與倫比，是中國成為世界一流的負責任的科學大國應該做的事。
《中國科學報》 (2016-04-29 第6版 讀書)
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