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  对中国建大型对撞机的意见


  作者:何祚庥


  1

  中国科学院高能物理研究所王贻芳所长等人所建议的CEPC-SPPC项目并不是什么创新项目,总体的设计思路借鉴了LHC并加以放大,项目经费也非常大。美国的SSC项目,计划能量为20TeV;意大利,亦即欧洲曾有一个比美国的SSC更大的Eliosatron项目,计划能量更高。现在王贻芳所建议的SPPC的能量为70-100TeV,其实也和Eliosatron的差不多,而后者未经多个国家讨论,即遭遇欧洲的多位高能物理学者的反对而夭折。

  美国为SSC展开了一场激烈的辩论,最后争执到了国会,由国会投票而最后否决。有人说,这是两党的政治争论的牺牲品,不对!对于SSC项目的决策,实为国家主持财政的人员认为这一项目并没有太大的科学价值,且花费巨大,将会影响国家的发展能力,因而最终抛弃。当然,有不少高能物理学家表示支持,但也有不少高能物理学者表示坚持反对,认为是大浪费!最后国会采纳了反对一方的意见,投票否决。

  还应注意到的是,美国“否决”的彻底程度令人吃惊!美国政府已经投了20亿美元,主要是挖了一个大坑道,在规划中坑道的费用约占总费用的10%。后来要求增拨150~200亿美元,以便最终实现。

  但结果却是国会宁愿牺牲掉应投入的20亿美元,也不再允许做这种无效益的投入。国会否决后,连已挖掘的坑道也被填上了,不许“死灰复燃”。


  2

  为什么美国国会质询了多位专家的意见,并在国会大辩论后最后否决了SSC项目?在学术上还有一个重要的理由是:在粒子物理理论中有一个重要的理论,即粒子物理再向超高能物理发展,不会再有新的发现,这被称为高能物理的“大沙漠”理论。

  “大沙漠”理论认为,至少要将能量提高到普朗克尺度,亦即相当于1016TeV的能量,高能物理才有可能有新的发现。后来,一些高能物理学者认为这一理论并不完全正确,应有所修正。修正的办法就是引入“超对称”的概念,并认为有了这些超对称粒子后,其能标将降低很多量级,但仍较SPPC所提出的量级高出很多很多!后来,在美国和欧洲等若干加速器均尝试发现这些超对称粒子,结果却一无所获。这也从侧面说明了“大沙漠”理论的合理性。所以,美国国会以压倒性的票数,否决了继续建造SSC项目。

  当然,超对称粒子的“失踪”也立即导致一个重大的根本性看法的转变,即不少粒子物理学家和数学家精心制作的超弦理论也随之“垮台”!这里所谓的“垮台”,针对的是超弦理论在物理学上是没有意义的理论。不过,不排除它在数学上具有一定的意义。

  但仍有相当一部分做超弦理论、超对称粒子的理论物理学家并不认为超对称已死,还在坚持。不过,已很少有人再相信在粒子物理学中这是一个具有前景的理论,纷纷宣布“改行”不做。如理论物理所的一位对超弦理论颇具贡献的李淼教授现在已放弃不做。也就是说,超弦理论已不是高能学界和粒子学界的主流!


  3

  将上述两个论述结合,我只能认为,王贻芳所长提出的CEPC-SPPC方案,只不过是已经被美国国会所完全抛弃的“创新”,却在此时又被很多科学家拿过来向中国政府推销。

  至于中国政府愿不愿意出巨资建设,这取决于中国政府如何评估此事。

  我们还应注意到,推销对撞机项目的人中不少还是美国科学院院士等美国专家,他们表示此方案有“许多的好处”。当然,由于中国高能物理学的研究远不如美国的先进、发达,也许是我们这些人的“鼠目寸光”,没有科学远见。然而,仍有一个问题令我无从理解:为什么如此好的方案不被美国科技界所接受?为什么如此好的方案,不坚持向美国政府继续游说?如果美国政府一旦宣布要上马这一“创新”方案,并且希望中国也能出大批经费加入合作,我相信一定会得到我国高能物理学界很多科学家的鼎力支持!


  4

  对于我们的质疑,有一种回答是:这一方案对于发展中国家,如中国的高能物理的研究仍有深远意义。对此,我不能苟同。我们历来赞成“科学无国界,科学家有祖国”这句话,不能去同意一个对世界科学没有什么重要意义,却会对中国科学家的祖国产生什么“巨大意义”的方案。当代中国需要解决的科学问题太多了,也需要有很多很多的年青人参加这方面工作。但不能因为中国或世界各国已经有若干人进入高能物理界,但却缺少工作岗位,因而就构思出一个并不是很有“成效”的方案,去安置这批高能物理学者!

  世界是一个整体。当代世界各国经济和科学的发展,必然要走“一体化”“全球化”的道路。最近,我在业余时间从事经济学、政治经济学的学习和研究。经济学的许多结论也应该适用于世界科学的发展。

  我们知道,经济学里有一个边际效用递减规律,这一规律可适用于广泛的范围。例如我国经济为什么由早前的平均上升10%变为现今的6.9%?最简单的解释就是边际效用递减。而缓解这种影响的办法就是要依靠创新。这些基本原理,也必然适用于高能物理学的研究。

  从王贻芳等人的建议方案来说,这一方案的特点是根本没有革命性的技术创新,仅向着“超大型”发展,所以必定适用于边际效用递减规律。

  应用边际效用递减规律有一个技术困难,就是很难判断“边际效用”以怎样一个速度“递减”,它在未来的“边际”,也就是“斜率”将“减”到多少?实际上,最近LHC的实验已经给出了一个判断。

  前一时期,LHC在700-800GeV能量区间发现了一个750GeV的“共振峰”。学界非常兴奋,因为似乎高能物理向“高处走”仍可能有新的发现,“大沙漠”理论与实际不符!但由于实验数量不足,因而不能明确认为这是某个新粒子。因此,一些人主张多投入一些运转时间和费用,以便将这个“新粒子”捞出来。也有一大批理论学家认为这是一个新事物,做了许多“新”理论来解释这个粒子,并作出种种新预言。

  但是,大多数坚持相信“大沙漠”理论的理论物理学家却仍认为这个所谓的“新粒子”应该是统计涨落,并不是发现了什么新粒子。

  结果是,进一步的高精度实验表明并没有证实“新粒子”的存在!“大沙漠”理论在这个能区依然正确。应注意的是,750GeV能量实际上是被称为“上帝粒子”的希格斯粒子125GeV的6倍,但结果却仍然为零。如果用经济学的术语来诠释,这一实验已表明高能对撞机在LHC的能区,其“边际效用”已递减到“零”。

  现在,在王贻芳所提出的方案中,最大的能量也不过是LHC的7倍。而按照这个趋势再做下去,如何确保再发现新粒子,或者其它重大新鲜事物?不仅如此,日内瓦中心也即将进一步将能量加大到20TeV,继续从事实验工作。但日内瓦已经拥有超大型加速器,西方仅需重新投入一些钱,就可实现边际效益。而中国却要重启炉灶,也不过是将能量提升7倍,却要重走日内瓦中心LHC已走过的漫长历程。

  或者说王贻芳等人的方案,绝不是日内瓦的平等竞争对手。

  日内瓦中心的LHC对于高能物理的贡献是巨大的,它运转了20年,先后共发现了四个重要粒子——W±、Z0、t夸克和希格斯粒子Higgs,而且几乎完满地证明了“标准模型”的正确。现在只剩下一个小问题,即轻子数是否“绝对”守恒问题尚未完全解决。但这一问题的回答,并不需要超高能加速器来研究,而是需要中低能加速器,如现在科学院已立项的散裂中子源,ADS等项目来回答。

  可以说,当前高能物理的发展态势,完全相应于李克强总理所再三强调的供给曲线,将按“S”性状向“右”延伸。而这时,却已有“大沙漠”理论和LHC的实验结果,这些都表明这一延伸的“边际效用”已大体上接近于零,也就是“S”形状的曲线,已接近于“顶点”。

  那么,今日的中国还有何必要对这一座很难产生重大成果的CEPC-SPPC做重大投入?


  5

  当然,王贻芳所长一直强调,高能所建造正负电子对撞机时从未超支,上下涨落幅度不会超过5%。应该说,这是历史事实。而作为北京正负电子对撞机的亲历者,我却要说出一些背后的故事。

  高能所建造正负电子对撞机是在“文革”之后,由邓小平同志依据周总理的遗愿而特普的大型基础研究项目,其总造价为2.2亿人民币。由于这是改革开放后,中央首次特批的大型科学研究项目,曾由中央出面,向各方面打招呼:这不是一块“唐僧肉”,各部委不可乘机“啃一口”。这一“招呼”,还传到了那时尚未回归的香港。香港的业界表示,这是小平同志特批的项目,我们一定大力支持,即使不赚钱,我们也设法保证供应。

  为确保正负电子对撞机按计划进行,中央还特派了中央政治局委员胡乔木同志的夫人——谷雨同志主持、主抓这一工作。遇到困难时,就由谷雨同志从中协调。举一个例子,在正负电子对撞机开工建造的时候,附近居民担心放射性污染,表示反对。环保部门因而派来一位处级干部参与监督。但那位干部的专业知识储备不足,只是一味表示反对。

  我们请她拿出一个相应的“指标”,究竟应到达什么样的标准才能通过,但她却给不出具体的数值。当时高能所领导委托我组织一些青年同志来设计高能加速器的防护装置,由于环保部门派来的这位干部实在“外行”,并不能给出一个具体的指标,而我们当然也怀疑她有“啃一口”的意思。

  所以,就由谷雨同志到小平同志那去反映情况,最后小平同志敲定由我们负责。

  当然,我们的设计很快就完成了。因为这一对撞机是正负电子对撞机,只放出x射线和γ射线,其对环境的影响比宇宙线背景还要小。

  问题是,在当下的年代,王贻芳所长的“一厢情愿”能否再度实现?而结论应是:这是一个不切合中国国情的方案,决策者不应给予支持。


  6

  王贻芳所长还表示,反对者几乎都是高能物理领域外的专家。我想这绝非事实。

  我们这里(理论物理研究所)也有一批高能物理学会的会员,其中有很多人都表示反对。其实,高能所内部也有一些不同的意见,却碍于同事们的情面不好意思公开发表。

  而之前杨振宁教授发表了反对中国建造大型对撞机的文章,也有一些人也提出杨先生已经不在物理一线多年,偏离了物理学的主流。这些质疑并不正确,杨教授虽然年事已高,不冲在一线多年,但是杨先生对于理论物理的见解却不能说是过时,或者偏离主流,从历史上来看,杨先生对于物理学未来的判断也不能说是无足轻重的。

  近来,王贻芳所长又提出,几乎所有的高能实验物理学家都赞成中国建造大型对撞机项目,反对者都是理论物理学家的论述,对反对者的专业提出了一些质疑,包括杨振宁教授也不是实验物理学家。

  好,那我也列举出一位,在世界上绝对能称为高能物理实验学家的学者,也是王贻芳所长的老师——丁肇中教授。丁教授曾向我问起王贻芳现在正在从事什么方面的研究,我回答他还在大亚湾测量中微子振荡,此外,他正在研究一些新的方案。丁教授问是什么新方案?我说,他想把美国讨论过的SSC的类似方案搬到中国。丁教授立刻说,干嘛要弄这个?一点意思也没有!

  很抱歉,我在这里将丁肇中教授的意见公开了。但我想这足以证明,仍有一些国际知名的高能物理实验学家,也不支持他的方案。


(XYS20170130)

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