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开始了解原子和核内更深层次的物质结构金莎娱乐官网最全网站,大型环形粒子对撞机

中青报:中国该不该建巨型对撞机

3月23日,中科院高能物理所所长王贻芳院士在演讲中谈到,中国正负电子对撞机预计前期造价360亿元,“激进计划”为2022年建设,在2030年完成,该消息又一次引发了民众对大型对撞机的兴趣。

科技日报记者 李大庆

东方网记者解敏5月21日报道:不久之前,诺贝尔奖获得者、中科院院士杨振宁在一场公开演讲后回答提问时,再一次表达了自己反对中国建造大型环形对撞机的态度。而日前,在上海科技馆举行的科普大讲堂上,CEPC的主要提出者和推动者、中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳也再一次提出自己的主张:中国现在建造CEPC正当时。

金莎娱乐官网最全网站 1CEPC探测器的剖面图金莎娱乐官网最全网站 2大型环形加速器CEPC和SppC的设想图
专家在会议共识中呼吁,要进一步开展CEPC设计和关键技术预研,从而降低未来建设成本,并培养和建设人才梯队,使其成为CEPC的坚实保障。
10月19日晚上6点,暮色已沉。北京香山饭店内,参加香山科学会议的专家们,还在为本次会议将要形成共识的稿件字斟句酌。要通俗、还要准确。专家们提出关于高能环形正负电子对撞机科学目标描述的基本原则。他们希望,能把CEPC的相关信息传递到高能物理界之外。
希格斯粒子是打开新物理的窗口
已经进入预研阶段的环形正负电子对撞机,将是一座希格斯粒子和Z玻色子工厂,它能够精确测量希格斯粒子性质,并寻找新物理。根据此前的介绍,它十年可以生产出百万个希格斯粒子。
希格斯粒子已经于2012年被欧洲核子中心找到,为什么还要继续生产?
香山科学会议上,与会专家进一步指出研究希格斯粒子的重要意义:希格斯粒子揭示了基本粒子质量起源之谜,但它本身又带来了诸多深刻问题。比如希格斯粒子自身的质量问题,自耦合问题,电弱相变/电弱超导体的性质,基本粒子之间巨大的质量差等。希格斯本身是探索下一层次新物理最好的窗口。中科院高能物理所研究员娄辛丑说。他指出,历史上c、b夸克和W、Z玻色子的发现各自都给物理学家提供了20年的研究时间窗口。而CEPC作为希格斯粒子和Z玻色子工厂,本身也将给我们提供20年甚至更长的实验、理论研究整体项目。
CEPC可以精确检验标准模型,也可以寻找偏离标准模型的迹象,寻找W和Z玻色子的稀有衰变。标准模型无法囊括一切,超越标准模型的新物理就在灯火阑珊处。
CEPC也将能提供标准模型外的关于新粒子、新的相互作用、大统一理论、新的时空特性以及与宇宙学相关的暗物质等更多信息,让人们对自然的基本法则产生更深刻的理解。上海交通大学物理与天文系教授何小刚强调。
建设大型对撞机的讨论演变成全民科普
其实,在此次香山会议召开之前,关于中国要不要现在建设大型对撞机的讨论,已经演变成了一场关于高能物理的全民科普。
中科院高能物理所所长王贻芳就卷入了这场论战。他表示,论战也有正面作用,至少让人愿意去听听CEPC到底是怎么一回事。王贻芳表示,自己这两个星期就做了好几场科普报告,跟业界、学界和公众进行科学沟通。
在专家们看来,CEPC不仅仅能帮助实现物理学家发现新物理的梦想。清华大学工程物理系教授高原宁指出,CEPC具有社会牵引作用。它可以发展成多学科综合实验室,建设它的过程,本身对技术就具有辐射带动作用。
粒子物理研究不仅是科学最前沿,也是技术最前沿。它涉及加速器物理与技术,核探测与核电子学技术,网络与计算机技术等。高原宁表示,CPEC涉及的几项关键技术,比如大型低温制冷机、高功率微波功率源、超导线和抗辐射硅探测器等,均在国防和民用上具有较大拓展空间。比如,大型低温制冷机可以广泛用于加速器、航天航空中的氢液化装置和天然气液化,高功率微波功率源可以用于加速器、广播和雷达等领域。
而如果以CEPC为核心建成国际科学城,就将吸引上万名世界各地的科学家、工程师和学生,也将吸引精密机械、微波、低温、超导和电子等各个领域的设备供应商,物理、材料、生物和医药类的研究单位和企业研究院也将前来此地……CEPC的建设之处,在成为国际科研中心的同时,还能促进地方社会与经济发展。
CEPC是一个国际合作的大型科学装置。预研阶段的正式国际合作将在近期开展,未来建造和运行的国际化管理方式将逐渐清晰。高原宁说。
给年轻人在科学前沿拼搏的机会
香山科学会议上,中国科学技术大学的郑阳恒教授出具了一份关于我国实验高能物理人才现状的相关报告。
据他调研,在高能所和高校有几百位专家和学生从事实验高能物理研究,另外还有几百位从事加速器及探测器的研制。同时,海外高能物理人才中活跃着一大批华人学者,随着我国高能物理的发展,亦有越来越多的外籍专家愿意来华工作。
在此前的辩论中,有人指出,我国的高能物理人才队伍不足以支撑大型对撞机的建设。确实,我国高能物理人才队伍并不庞大,活跃的高校数量也不算多。不过,郑阳恒认为,二十多年来,BEPC/BES(北京正负电子对撞机/北京谱仪)这样一个高能物理实验平台,在高能所和高校培养了一大批实验物理人才;改革开放后,高能物理队伍无论是在质量还是数量上都有长足进步。他们受到过严格的国内外专业训练,有事业心,国家把大型高能实验任务交给他们,是完全可以放心的。郑阳恒也表示,根据过往经验,中国未来高能物理发展需要自己的高能实验基地。
我们要有吸引人的项目,让学校有事情干,让外面的学生有动力回来,形成一个稳定的人才梯队。而在这些人才中,又能诞生新的高能物理项目。这个雪球必须尽快滚起来。美国匹兹堡大学物理天文系教授韩涛说,他们看到了问题,但也看到了CEPC带来的机会。
人才问题非常重要。CEPC需要高质量人才,而它本身也为我国培养高素质人才提供了很好的平台。北京师范大学核科学与技术学院王乃彦教授强调,CEPC能给我们的年轻人创造一个在科学最前沿拼搏的机会。
专家在会议共识中呼吁,要进一步开展CEPC设计和关键技术预研,从而降低未来建设成本,并培养和建设人才梯队,使其成为CEPC的坚实保障。
本次会议的尾声,中科院高能物理所所长王贻芳总结说:从大家的报告来看,这件事情的意义是如此重大,值得我们为它努力奋斗。我坚信这件事情没有错,我们有充足的理由推动它。
背景链接 建造大型对撞机引发多位科学家辩论
希格斯粒子被发现后,我国科学家于2012年9月提出建造下一代环形正负电子对撞机并适时改造为超级质子对撞机的方案,在国际上引起巨大反响。该方案一期建设周长50100公里、能量250
GeV的环形正负电子对撞机作为希格斯粒子工厂,二期在同一隧道中建造50100
TeV的质子对撞机,能量将比欧洲核子中心正在运行的大型强子对撞机LHC高7倍。
●关于CEPC的初步概念设计已经完成。它涵盖科学目标、加速器和探测器、初步地质调查、需求分析和隧道及辅助设施等多方面。国际评审给出的意见是:科学意义重大;加速器、探测器、土建和通用系统设计完整,方案选择合理;没有不可克服的技术困难。
●2016年8月,在中国物理学会高能物理分会第九届常务委员会第四次会议上,中国物理学会高能物理分会形成了关于基于加速器的中国高能物理未来发展的意见。其指出,CEPC是我国未来高能加速器物理首选项目。我国高能物理学界应该以CEPC作为发展战略目标,积极争取成为中国发起的国际大科学之一。
●2016年9月4日,著名物理学家杨振宁在《知识分子》发表文章,反对中国现在开始建造大型对撞机。
●2016年9月5日,中科院高能物理研究所所长王贻芳发文回应,反驳杨振宁的反对理由,指出中国今天应该建造大型对撞机。
至此,中国目前是否适宜建造大型对撞机的辩论,成为一个公众话题,并引发多位科学家发表观点。来源:科技日报

2015年4月的一天,我在中国科学院高能物理所访谈了高能物理所前任副所长张闯研究员。当时,中国版巨型对撞机还只是一个在物理学家小圈子里流传的概念,老百姓对这个事情几乎一无所知。

量子菌今天带您来梳理一下,什么是对撞机?中国现在是否应该建造大型对撞机?

五一节前,诺贝尔奖获得者、中科院院士杨振宁在国科大明德讲堂演讲后回答研究生提问时再一次表达了反对中国建造大型环形对撞机的态度。5月2日晚,CEPC的主要提出者和推动者、中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳对科技日报记者:我主张中国应该建造CEPC的态度没有变。

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张闯研究员告诉我,这个项目能不能做,关键要考虑这个项目的造价是多少。从科学家的角度来说,他觉得这个项目是值得做的;但从国家的角度来说,因为高能物理本身不会产生直接的经济效益,也不像原子弹与氢弹那样能产生军事效益,因此从国情出发,这个项目到底值不值得立刻上马,还需要进一步的仔细论证。

01 什么是粒子加速器和对撞机

针尖对麦芒。

大型环形对撞机

而且当时张闯研究员说这个项目投入“大概是百亿量级”。

原子内部就是一个黑盒子,就像小孩子常常好奇钟表里有什么,就要把它拆开一样,科学家们也是从对原子的轰击,开始了解原子和核内更深层次的物质结构。卢瑟福最早使用阿尔法粒子束流轰击金箔,从而建立起了原子的核式模型。

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中国科学院高能物理所提出建设基础物理实验设施。中科院高能物理所在2012年提出了建造新一代“大型环形粒子对撞机”CEPC的设想。按计划,CEPC是一个长50-70公里的环形加速器,一旦建成,将成为世界领先的正负电子对撞机,旨在高能物理领域探索和理解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。

张闯研究员是深入参与北京正负电子对撞机设计的科学家,也见证了北京正负电子对撞机在陶子-粲夸克能区取得的一系列重要成就。

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左:杨振宁,右:王贻芳

但这一计划自提出以来一直争议不断,杨振宁院士在2016年曾公开发表文章,指出“中国今天不宜建造超大对撞机”,反对的主要理由是:建超级对撞机耗资巨大,性价比不高,在国家科研经费投入总体相对稳定的情况下,这样的巨大工程将会挤占其它研究的份额。

在与张闯研究员的对话中,我感觉到了1980年建设的北京正负电子对撞机给中国科学家带来的一种民族自豪感。

当人类进入原子时代以后,从夸克结构到宇宙的起源,都需要新的研究和实验工具。想要了解粒子的微观结构,首先要先把它轰击成碎片,轰击的能量越大越好,这时使用的“炮弹”就是高能粒子束流,而发射高能粒子束流的装置就是加速器。

杨王二院士2016年就为CEPC争论过

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时间过得很快,差不多一年以后,我访谈了著名数学家、中国版巨型对撞机的积极倡导者丘成桐先生。

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CEPC计划是中国高能物理学家于2012年提出的,旨在高能物理领域探索和理解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。

中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳

丘成桐先生与我谈到中国版巨型对撞机的建设设想,他认为此工程一旦举行,将在中国形成一个“科学的联合国”,吸引近万名国际国内的科学家与工程师来中国工作。

随着对夸克层次的轰击,需要粒子束的能量越来越高,人们只能建立规模越来越大的粒子加速器,一开始,利用加速器把高能粒子束流直接轰击静止的靶子上。

2016年,杨振宁通过媒体透露,他反对中国现在建造CEPC。他主要提出了7点理由。随即,王贻芳针对杨振宁的7点理由,也通过媒体发表了逐条的反驳。

在上海科普大讲坛上,王贻芳再度表示,现在是建CEPC最好的时机。建设超级对撞机,对中国高能物理来说是一次重大机遇。我们有10年的窗口期,有非常大的把握取得成功,可能改变世界高能物理研究的格局。欧洲核子中心曾透露将于2030年开建环形对撞机。中国如果错过这10年窗口期,今后就只能成为一个’参与者’,而无法成为’引领者’。”王贻芳认为,筹建CEPC,将有效带动20多个门类相关学科的技术达到世界领先,“我们必须拥有自己的大科学装置,这是突破‘卡脖子’关键技术的重要手段”。

到了2016年8月,在清华大学,参加弦论2016年会的著名科学家丘成桐、威腾、格罗斯、马德西纳、王贻芳、戴自海、瓦法等接受了科学媒体的“餐桌采访”。当时访谈的重点集中在中国版巨型对撞机的科学意义之上。

后来随着各种精密控制和计算机技术的发展,高能物理学家们发现将两束高速粒子流直接对撞,可以产生更高的能量。这样加速器就进化成了对撞机。在1988年10月,我国建造的北京正负电子对撞机就首次实现了正负电子对撞。

例如,杨振宁反对的第1条理由中提到:“建造大对撞机美国有痛苦的经验。1989
年美国开始建造当时世界最大对撞机,预算开始预估为30亿美元,后来数次增加,达到80亿美元,引起众多反对声音,以致1992
年国会痛苦地终止了此计划,白费了约30亿美元。这项经验使大家普遍认为造大对撞机是进无底洞。”

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