中科院發布世界最大粒子對撞機藍圖，造價約歐洲一半

　　來源：Nature自然科研

　　主導這一項目的物理學家王貽芳向《自然》介紹了這一宏偉目標的最新進展。

　　位於北京的中國科學院高能物理研究所（IHEP）里，物理學家們正在設計世界上最大的「粒子對撞機」。如果建成，這個周長達100公里的裝置將使瑞士日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）的27公里大型強子對撞機（LHC）相形見絀，而且造價只有其一半左右。

王貽芳為中國科學院高能物理研究所所長。

　　這項耗資300億元（約43億美元）的大科學裝置名為環形正負電子對撞機（CEPC），是高能物理研究所所長王貽芳的心血結晶。自從2012年在大型強子對撞機上發現名為希格斯玻色子的基本粒子以來，王貽芳一直在主導推進該項目開展。

　　CEPC將通過撞擊電子及其對應反物質正電子來產生希格斯玻色子。由於它們都是基本粒子，所以它們的碰撞結果比大型強子對撞機的質子-質子碰撞結果更乾淨，也更容易破譯。一旦這一裝置在2030年左右開放使用，物理學家就能在更精確的水平上研究這一神秘粒子及其衰變。

　　兩周前，高能物理研究所發布了具有里程碑意義的報告，對該對撞機的建造藍圖進行了規劃。初期研發經費主要來自中國政府，但設計工作由全世界的物理學家合作完成，團隊希望能從全球範圍內獲得資助。（該項目另一個籌劃已久的競爭對手——「希格斯工廠」國際直線對撞機（International Linear Collider）的研究人員希望在今年年底前知悉日本方面是否願意資助和託管這一工程。）

　　設計藍圖顯示，中國的對撞機將在地下100米處的一個「大圈」中運行，並安裝兩個探測器，但具體位置尚待確定。在其十年設計壽命結束時，正負電子對撞機可以升級為質子對撞機，設計運行能量將達到LHC峰值能量的七倍之多。在報告發布之前，《自然》就此項目專訪了王教授。

　　01：經過長達6年的設計工作，國際專家組認為該對撞機已準備就緒。可能最早於2022年開建。請問該項目最近有什麼動向？

　　我們目前正致力於技術研發。從來沒有人建造過這麼大型的機器，所以我們希望能最大限度地降低造價。它的技術規格與過去世界上的任何機器都不同，我們必須證明它的可行性。

　　02：兩年前，該對撞機的國際顧問委員會稱該項目缺乏國際參與。請問，在國際合作方面有什麼進展嗎？

　　並沒有顯著改變，主要因為該項目的國際參與度仍然受到各國際合作方財務承擔意願的制約。他們都很感興趣，但他們需要得到資助機構的背書。他們正在等待中國政府表態是否願意提供經費支持，而這一決定又取決於最終研發成果。

　　歐洲核子研究中心正在商討一項新的歐洲粒子物理戰略計劃，我們希望CEPC這一次能被納入該計劃。同時，美國也將開始類似的立項過程，約在明年或2020年。我們希望中國對撞機項目可以同時納入這兩個計劃。

　　03：2030年開始運行的中國對撞機將與歐洲核子研究中心計劃建立的LHC的後繼者展開直接競爭。你認為有必要建造一個以上的巨型對撞機嗎？

　　現在稱其為競爭還為時過早。我認為有不同的提議並充分衡量每項提議的利弊是件好事。我們可以比較哪個提議的可行性更好，並讓整個團體共同決定。

　　04：您認為國際社會會承認中國是世界高能物理學的研究中心嗎？我們知道中國的互聯網並非完全自由開放，而且政府監管力度很大。

　　成為這樣的中心有助於中國實現進一步國際化，對世界更加開放，同時為整個科研共同體注入更多資源。人們一開始可能覺得與瑞士相比在中國做科研並不方便。但我們希望巨型對撞機落戶中國會成為一件好事，至少對中國人來說是這樣。

　　此外，我不認為我們將是世界唯一的中心。歷史上一直有許多粒子物理研究中心，雖然如今的中心數量一直在減少。但我真心希望我們不會是唯一的中心。如果一個領域沒有競爭，那麼這個領域會最終走向消亡。

　　05：目前，中國正在經歷一個加速器的繁榮發展期。請和我們分享一些這方面的計劃。

　　位於東莞的中國散裂中子源已經投入運行，雖然規模不大但整體精良。高能物理研究所還計劃在北京懷柔建造一個周長為1.4公里的光源，耗資48億元。這將是一種環形電子加速器，可以產生同步輻射，即極高強度的X射線。

　　這些裝置幾乎對所有研究學科都很有用，包括材料科學、化學、生物學、環境科學、地質學和醫學。我們相信政府會在明年初之前對該項目做最後批准，隨即就能動土建造。我們相信它將是一台世界領先的機器。大多數光源是從現有機器升級而來，因此它們的功能有限。但是新光源沒有限制，可以使用最好的配置和技術。

　　06：你們的研究所還計劃將一個能測量「宇宙射線」的高能粒子探測器放入中國的載人空間站上，中國載人空間站據悉將於2020年建造完成。這個探測器將起到什麼作用以及如何改進現有實驗？

　　我們想知道宇宙射線來自哪裡，以及它們如何獲得如此高的能量。找到這些問題的答案有助於我們更好地理解宇宙。我們還想用它來搜索新的粒子，例如暗物質，這些粒子尚無法由地球上的加速器產生。目前，研究這一問題的最佳實驗儀器之一是國際空間站上的阿爾法磁譜儀（AMS），但它尚未發現證明暗物質存在的確鑿證據。這意味著我們需要進行能夠檢測更多粒子和更高能量的實驗。

　　高能宇宙輻射探測實驗（High Energy Cosmic Radiation Detection experiment）將能研究能量為AMS十倍左右的粒子，並以更高的解析度測量這些能量。我們已經差不多完成了設計工作，現在正努力得到中國政府的支持。這個探測器耗資約在2-3億美元之間，現已列入未來中國空間站的候選項目。等待是必然的，但我很樂觀。

　　07：您認為中國的高水平科學經費還能繼續嗎？

　　中國政府當然很樂意支持科學研究。他們希望投入的每一分錢都是值得的，但有時候我們高能物理學會讓他們失望，因為我們無法產生立竿見影的結果。

　　08：美中之間的政治局勢是否會影響兩國科學家之間的關係？

　　最近時局確實有些緊張。如果我們在中國組織一次會議，美國大學的人可以自由前來參會，但美國國家實驗室的工作人員卻表示他們無法獲得許可。另一方面，中國科學家也很難獲得美國實驗室的邀請信。我真心希望這只是暫時的，希望國家政要能認識到科學交流和合作是互惠互利的。

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