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中国科学界最近吵疯了,到底要不要建大型对撞机?优质

221次浏览| 2022-02-09 07:30:22 更新
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最近,除了郭德纲和曹云金这对师徒的撕逼以外,另外一场争论也开始进入到人们的视野。不过这场争论对未来的影响肯定要比郭德纲师徒的撕逼来的更深远,那就是关于中国是否应该建造大型对撞机。科学家们一改往日低调的作风,主动在各路媒体上发表见解,连丘成桐、杨振宁这样的学术泰斗都加入了战团。

那么这个超大型的对撞机究竟是个什么东西,它又是怎么运作的呢?而作为一名吃瓜群众,究竟要了解些什么,才能更好的参与到这场讨论中来呢?

1.加速器究竟是个什么东西?

探索物质界基本粒子的结构,从而对宇宙的构成进行解释,这正是高能(粒子)物理的工作。而要完成这么宏伟的目标,必须要有一个强有力的工具,这个工具,就是粒子加速器。

1919年英国科学家卢瑟福用一个天然放射源轰击金属箔,从而发现了原子深处的秘密,这一举动启发了物理学家们:如果我们用更高强度的粒子流去轰击标靶,是不是就能更加深入的探索到粒子内部的奥秘,从而揭示世界的构成呢?在这一想法的驱使下,科学家们先后开发了静电加速器、回旋加速器、稳相加速器等一大批加速器,他们的结构千差万别,原理各有千秋,但究其根本,都是将粒子加速到一个极高的速度后去撞击静止的标靶,然后对撞击后的产生的次级粒子的动量、散射情况等状态进行分析,这个过程中高能粒子束的能量大半都被浪费掉了。随着科学技术的发展与加速器能级的快速提升,科学家们开始不满足于这种静态的“打靶”活动了,1960年,意大利科学家陶歇克(B.Touschek)提出了一个新的构想:用两束粒子流对向轰击,以期最大限度的利用粒子束的能量,之后,他在意大利的Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机,从此开启了加速器的“撞击”时代。从那以后,各国制造的加速器基本都以对撞机的形式出现。

但值得注意的是,大型加速器往往耗资巨大,对环境要求苛刻。以目前世界最大的欧洲大型强子对撞机(LHC)为例,它位于瑞士和法国的交界侏罗山地下100米深、总长17英里(含环形隧道)的隧道内,为粒子加速的环型隧道周长达27公里,耗资百亿美元。HLC运转时所需要的能量甚至超过了一些小型城市,相当于一列高铁疾驰的能量被集中在质量几乎可以忽略的粒子束上,迎头对撞,用以模拟宇宙诞生初期时的状态——这甚至在一些人中引起了恐慌,因为他们觉得这可能会引起世界毁灭。(并非不可能,要知道,世界上第一台高能加速器运转前,几名科学家曾连夜计算以试图确保实验所产生的能量不会导致黑洞、“绝对真空”之类的灾难)

要看清HLC全貌,你必须飞到天上

2.加速器是怎么帮助我们认识世界的?

人类对物质界基本规律的探索自20世纪以来就呈现出如下一幅景象:几个天才根据现有的蛛丝马迹提出一个无限烧脑的模型来解释世界的构成,卓越的科学家们围绕着这个模型展开讨论,无数科学民工与工程师们制作出耗费巨大的加速器来验证这些模型是否正确,而最终科学家们又要根据加速器的运行结果来修正乃至推翻现有的理论——这不禁让人想起了神话中的衔尾之蛇。

还是让我们来举个例子来说明一下吧:

现在有一个绝顶聪明的天才A,他提出了一个I类模型,根据这个模型对宇宙基本结构的描述,在一定能量级数的对撞中,会有一定概率出现X个Y粒子。经过许多科学家的一致研究,大家发现A提出的这个模型能够解释现有的现象(很重要!),大家一致认为这个模型比别人的都靠谱,于是向国家申请了预算,决定建造一个加速器,用来验证这个模型,我们就叫它I加速器。

加速器建造好了之后开始运转,每天不停的将各种基本粒子轰击到一起,然后检验轰击后的产物。当然,在高能物理发展的早期阶段,这个过程是十分激动人心的,各种新发现层出不穷。但是到了近几十年,这个过程就开始变得枯燥无味了,大部分实验的结果都是一无所获。为什么呢?之前我们提到过,根据I模型的预测,发生一次这样的碰撞,有一定的概率能够发现新的东西,这个概率可能很低,只有0.00001%(这只是举个栗子),因此需要许多次重复的实验才能够验证这个模型。

于是科学家们不断重复着枯燥的实验,不停的让各种粒子互相轰击,终于有一天,他们发现这次轰击之后情况有所不同!出来了一些新东西!然而发现新的东西只是第一步,他们需要知道这个新东西究竟是什么,是A所预言的Y粒子?还是一种没见过的Z粒子?还是人们已经发现的一些粒子?验证了这个新粒子的真身之后,科学家们会立刻对照现有的理论模型来进行研究——这个粒子的出现究竟符不符合I模型?根据I模型,每次轰击可能有0.00001%的概率出现X个Y粒子,然而咱们轰击了200次就出现了,还伴随产生了大量的Z、C、D、E粒子,这是为什么?于是科学家们会根据实验结果再次修正理论,实验结果越多,理论修正的也就越频繁,直到某个实验现象让所有理论全都解释不通之后,另一波天才会提出新的模型,再开始下一轮循环……

在这种情况下,当代高能物理的全部工作几乎都要围绕着大型的加速器来开展。拥有一台傲视群雄的加速器,无疑就能够抢占高能物理的先机。

3.咱们国家没有加速器么?为什么要建一个新的加速器?

我国在上世纪80年代,由邓小平决定建设了北京正负电子对撞机(BEPC),建成之后的BEPC作为世界八大高能加速中心之一,为我国的高能物理事业做出了巨大的贡献。

BEPC鸟瞰图

而目前BEPC已经濒临退役,中国高能物理学界迫切需要一台能够接过BEPC大旗的新的加速器。中科院提出了一个野心勃勃的超大型环形正负电子对撞机(CEPC)建设计划——这一加速器建设成功之后,将一举超越欧洲的大型强子对撞机LCH成为世界最大的高能粒子加速器,在美国大型对撞机建设乏力、LCH发现希格斯玻色子后能级不足力有不逮的情况下,CEPC建成后很可能吸引到全世界的高能物理学家参与其中,极大的推动我国的高能物理发展。

4.重点来了,科学家们到底在撕什么?

目前国内的科学家们基本上分成两派,一派坚定的认为这东西意义巨大,值得建!而另一派则认为这东西劳民伤财,意义不大,不要建。这场争论虽然是围绕着高能物理领域的巨型对撞机来展开的,但其他学科的吃瓜群众们也都跃跃欲试——开玩笑,一个超级对撞机的总造价数以百亿美刀计,如果这笔钱省下来,足够在几十个领域里同时开展重大课题了!但以中科院高能物理所所长王贻芳为代表的支持派却十分淡定,毕竟是高能物理领域的事,其他人再怎么说也起不了决定性的作用。

但随着时间的推移,反对的声音开始高涨。9月4日,《知识分子》刊发了杨振宁先生的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》,将这场争论推向了高潮。杨振宁身为目前物理学界的泰斗之一,实名反对大型对撞机的建设,这使得反对派的声势一下子压过了建设派。

杨振宁的反对意见主要有三点:

1、这玩意太贵。

2、这玩意回报太低。

3、这玩意很可能没啥用。

杨振宁指出,建造巨型对撞机很可能需要200亿美元的预算,而按照欧美加速器建设都会严重超支的经验来看,真正建成还指不定要多少钱,这会大大挤压其他基础科学的发展。更重要的是,高能物理最近几十年的成果完全没有实用价值,因此这个对撞机即使产生了重要的成果,在未来五十年内也不太可能为中国带来直接的好处。还有一个不可忽略的事实是:目前世界高能物理学界是由外国人把持的,这个全球最大的对撞机建成之后,很可能主导权会落到外国学者手中。最后杨振宁抛出了一个致命的杀手锏:人类现有的最大的加速器LHC运行多年,耗资无数,然而取得的成果十分有限!在诸如超对称粒子的寻找方面一无所获!而中国现在准备建造的加速器,在能量级上并没有显著的提高,LHC找不到的,这台加速器难道就找得到了?

王贻芳所长之后在《知识分子》上也淡定的做出了回应,主要说的也是三点:

1、这玩意不贵。

2、这玩意回报挺高。

3、这玩意说不定挺有用。

王贻芳指出,中国在大型设施的建设上有着欧美无法企及的经验,而中科院高能所在建造加速器方面也从来没失手过,所以说加速器的建造一定会严重超支是没有任何根据的,他预测这东西有几百亿人民币足够了!而中国目前的经济状况,完全搞的起这么个大项目。至于杨老所担心的外国学者主导项目的问题,王贻芳表示,大型加速器建造完成后全世界的高能物理学家想要搞实验就只能来中国,这会为中国网罗到世界上最好的高能物理学家,对中国的高能物理事业本身就有巨大的推动作用,假如不建在中国,难道国外的物理学家就会主动来分享经验和知识了?最后,王贻芳表示,LHC起码找到了希格斯粒子,推动了标准模型的发展,现在的问题是LHC的能级太低了,所以在后续实验上始终一无所获,难道这不正是我们要建造新一代加速器的有力理由么?

最后,王贻芳还颇为不屑的说道:

杨先生对高能物理的未来发展自60年代起就是悲观的,所以与粒子物理标准模型失之交臂。自70年代起就反对中国建造高能加速器。幸亏小平同志听从了李政道等其他著名科学家的建议,才有了今天的高能物理所、北京正负电子对撞机和大亚湾中微子实验及其重大成果,也有了我们的同步辐射光源、散裂中子源等大科学平台为全国的科技界服务。面对未来,我们应该更多地听取科研一线新生代科学家的意见,他们才能引领我们的科技事业兴旺发达,领先国际。

那么究竟应不应该造这座加速器呢?笔者对高能物理没什么研究,但碰巧看书比较多一点,因此也就只好借用一下刘慈欣在《球状闪电》中的一段对话了。

“我也听说,国家没有把超大型加速器和强子对撞机列入新的科技五年规划。”我说。

“人们都说那是无意义的劳民伤财。所以呢,我们的物理学家们以后只好继续到日内瓦去当乞丐了,求人家施舍点可怜的试验时间。”

后来在《三体》里,三体人派到地球锁死人类科学进程的智子最主要的任务,就是负责扰乱地球上大型加速器的实验结果。

中国的GDP已经稳居世界第二,在G20峰会期间,世界银行统计认为2007——2015年间世界经济增长的最大贡献力量就是中国。在这个满目浮华、充斥着金钱与急功近利思想的社会里,有一群人在拼尽全力的争取一大笔钱,他们不想用这笔钱来为自己购置锦衣华服、宝马香车,他们只想用这笔钱来探索这个宇宙的奥秘,触碰137亿年前那一团炽热的能量,在人类肉眼不可见的细微之处,找寻到那通向浩瀚无垠的星河的真理。

祝他们成功。

正因为是中子对撞才危险!那些疯子自己都承认如果实验失败极有可能产生一个能在几年间吞噬地球的黑洞!而且无法挽回!也就是说人类全部都完蛋了!!!造价80亿美元!今年3月份,沃尔特·瓦格纳和鲁斯·山奇向美国夏威夷首府檀香山法院提起诉讼,反对启动大型对撞机,除非欧洲核子研究中心能提供一份可信服的安全报告。

他们自己实验室的科学家也承认是有可能产生黑洞,他们只是在赌一个几率!黑洞是否出现,以及黑洞是否稳定下来!!如果出现并且稳定下来,那么地球将在几年内被吞噬!

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