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王贻芳再谈大型对撞机:让中国成世界第一的政治决定(3)

2016-10-22 10:49:15      参与评论()人

我们有充足的理由相信标准模型不是描述微观世界的终极理论,而是更基本的理论在低能时的有效近似,发展更深层次的理论需要实验来指明方向。目前已知的标准模型中的问题,大部分与希格斯粒子的性质有关,因此更深层次的新物理应该会从希格斯粒子处露出蛛丝马迹。LHC将继续引领这个方向的探索,但质子对撞过程的高度复杂性限制了可能达到的实验精度,我们还需要高能正负电子对撞机以更高的实验精度来揭示新物理的可能方向。计划中的CEPC能大量产生希格斯粒子并对其做精确研究,一些重要物理量的测量精度会比LHC提高10倍。因此无论LHC是否发现新物理,CEPC都是需要的,这是粒子物理发展中跳不过去的一步。

►《知识分子》:假设大型对撞机不能发现新的粒子和现象,其价值何在?

王贻芳:1)CEPC有确定的科学产出,会大大加深我们对粒子物理的认识。CEPC可以将希格斯粒子的测量精度提高至1%左右,比LHC好10倍。这对确认希格斯粒子的性质,判断它是否与标准模型的预言完全一致,具有重要意义。同时CEPC还可以确定希格斯场参与的真空相变的形式,这对宇宙早期演化研究也具有重要意义。

发现新粒子固然重要,研究物理问题更重要。比如我们早就发现了中微子,但我们仍然在深入研究中微子的性质,也确实得到了丰硕的成果。希格斯粒子是标准模型中最重要的粒子,我们也只是刚刚认识它,还有许多工作要做。

2)大型对撞机如果不能发现新粒子或新现象,也会使我们对物理世界有更深刻的认识,就像迈克尔逊-莫雷实验没有发现以太,但对物理学,特别是相对论的建立起到重要作用一样。

3)CEPC可以使我们成为世界粒子物理研究的中心,牢牢建立中国的领先地位。同时我们可以在以下技术方面实现国产化,并领先国际:

a)超导高频腔(应用于所有加速器)

b)高效率、大功率微波功率源(应用于雷达、广播、通讯、加速器等)

c)低温制冷机(应用于科研设施、火箭发动机、医疗设备等)

d)高速、抗辐照硅探测器、电子线路与芯片等

e)数据获取与处理,计算机与网络通讯等

f)精密机械、微波、真空、自动控制等

国内外的大科学装置,如北京正负电子对撞机、ITER、LHC等对技术发展的带动作用,有许多成例。

►《知识分子》:有物理学界人士表示,大型对撞机项目可能成为一个“钓鱼工程”,现在规划中所提到的几百亿预算并不能满足要求,实际上的需求要在千亿以上。是这样吗?

王贻芳:我们规划的大型对撞机项目(以周长为100公里算)分两步走:第一步正负电子对撞机(CEPC)阶段,约在2022-2030年间,工程造价(不包括土地、“七通一平”等)约300亿人民币。如果这第一步成功,有新物理的迹象,且新型超导材料技术成熟,价格合适(比如20元/千安米),我们可以走第二步:质子对撞阶段(SPPC),工程造价约为1000亿人民币。这第二步是在2040年左右。这里如果减去国际贡献约30%,中国政府应该出资大约300亿和700亿。

这里的第一阶段科学意义重大,方案基本成型,百亿量级的造价能够承受,已值得支持。第二阶段说明了这个方案还有更长远的科学寿命,不仅预留了未来发展的可能性,还可以带动更重要的技术发展(如高温超导),是对第一阶段科学及技术意义的一个补充。

在过去50年间,国际上曾有许多不成功的加速器工程(超支、延期、不达指标等)。但基本上都是质子加速器,电子对撞机还没有不成功的先例。这主要是其技术成熟,不确定因素少。为汲取教训,我们在第二阶段上马前,要做仔细评估,切忌匆忙。

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