■近日,关于中国是否应主导建设大型对撞机的问题成为科学界争论焦点。全球范围内,对于这样一种高投入设施,即使是经济富裕、重视科研的欧美和日本,也都慎之又慎。
支持者认为,新一代对撞机将成为引领全球粒子物理研究的“王牌”。然而,这注定是一场“烧钱”的竞争。巨额投入与尚不明朗的研究前景,让各国掂量再三。
欧洲:谨慎决定未来方向
欧洲拥有全球最大、能量最高的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC),其质子对撞能量为14TeV(万亿电子伏特),轨道长度27公里,有来自30多个国家的超过2000名物理学家参与。LHC所在的瑞士与法国交界地区已发展为汇聚全球研究者的科学中心,100多位中国研究者在那里工作。
2012年,科学家宣布利用LHC发现了被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子,完成了粒子物理所谓的“标准模型”。然而,LHC目前已经达到其设计能量,要进一步寻找新粒子,需建设能量和精度更高的机器。
负责运营LHC的欧洲核子研究中心(CERN)发言人阿诺·马尔索利耶接受新华社记者专访时说,未来10年LHC将进行大规模升级,并运行至2035年,届时产生的对撞能量将是现在的数倍。此后,CERN计划建设对撞能量达100TeV的新一代环形(质子)对撞机,轨道总长将达100公里。
“但在任何关于新对撞机的决定敲定前,我们需要积累更多来自LHC的结果,这些结果将决定未来选择的方向,”马尔索利耶说。今年8月5日,CERN在美国芝加哥召开的国际高能物理大会上宣布,去年12月LHC疑似发现比希格斯玻色子更重粒子的迹象只是实验数据失误。这令物理学家们极为失望,也让能否发现超越“标准模型”的新物理的前景更加不明。为此,CERN正在研究“多种选择”。
英国《自然》杂志认为,直到本世纪30年代中期,CERN都将忙于提高LHC的质子束密度而非增强能量。
日本:注重“经济实用”
日本已经完成了下一代大型对撞机的初步工程设计,并得到美国能源部和CERN的支持。与欧洲不同,日本选择建设更加“经济实用”的直线对撞机。
日本高能加速器研究机构(KEK)冈田安弘接受新华社专访时介绍,日本研究界一直在向政府建议由日本主导国际直线对撞机(ILC)计划。
冈田安弘说,ILC将在总长约31公里的地下隧道开展正负电子对撞,虽然对撞能量仅为1TeV,却可更好地分析对撞后新粒子特性,在精密测定希格斯粒子、探寻新物理方面的能力远超LHC,还可在发现暗物质粒子方面加强同LHC的互补性研究。ILC造价约78亿美元,日本岩手县及宫城县被列为候选建设地,预计将于本世纪20年代后期开始运转。
不过,文部科学省下设的专家小组对媒体表示,日本将等到2018年欧洲的LHC首次最大能量运行后再作决定。日方也在研究经费的相关风险。冈田安弘说,日本的出资比例还需通过政府间交涉决定。由日本文部科学省和美国能源部组成的联合小组正在讨论如何降低ILC开支,认为造价还可降低15%。
美国:主动放弃“烧钱”竞争
美国超导超级加速器(SSC)建设项目在上世纪的“夭折”,是美国科学史上的伤心往事。美国从大型对撞机竞争中“出局”,此后也未就开建新一代大型对撞机有新规划。
在SSC项目选址地得克萨斯州爱丽丝,已建成的22.5公里的地下隧道被弃。美国物理学会会士韩涛对新华社记者说:“宣布终止SSC让高能物理研究的中心从美国移到欧洲。”SSC对撞能量达40TeV。然而该项目经过几年建设,在完成了约20%、花掉了20亿美元后于1993年被美国国会取消。
当年美国物理学界分为两派,反对建设方主要担心对撞机挤占其他基础科学研究经费,影响力最大的声音来自诺贝尔奖得主菲利普·安德森。
菲利普·安德森在接受新华社记者专访时说:“我认为反对建设超级对撞机终究还是对的。”他认为,粒子物理学家太执著于高能量对撞这个代价极大的单一研究方式,而忽略了其他重要的实验事实(比如暗能量、暗物质等问题)比追逐高能量还有意义。
如今,美国最高能量的对撞机是始建于1983年的费米实验室的加速器Tevatron,对撞能量为1.96TeV。美国更寄望通过中微子研究揭示“标准模型”外的秘密。费米实验室计划耗资10亿美元建造长基线中微子设施,成为世界中微子研究的领导者。
一些研究者认为,目前处在观望阶段的日本、欧洲和尚无计划的美国会给中国建设大型对撞机带来难得的十年“窗口期”,中国的经济基础和科技决策机制在推行大科学项目上更具优势;但反对者认为中国并不具备欧洲多年的技术积累、人员合作基础和完备的配套基础设施,也没有日本的“差异化”竞争策略。
执笔记者 彭茜 参与记者 林小春 张淼 华义 张家伟
(据新华社北京9月13日电)