中國科學家提出建設下一代環形正負電子對撞機 探索“上帝粒子”

科學家發現“上帝粒子”希格斯玻色子，基礎物理學未來將向何處發展？近日，中國科學家透露了建造下一代環形正負電子對撞機並適時轉為質子對撞機的方案，以期更深入地揭開“上帝粒子”的奧秘，從而找到基礎物理學的新方向。

希格斯玻色子可以解釋為什麼有些基本粒子具有質量，對理解宇宙很關鍵。去年3月14日，歐洲核子研究組織率先宣佈，先前探測到的新粒子是希格斯玻色子。去年10月，英國理論物理學家彼得•希格斯因希格斯玻色子的理論預言獲諾貝爾獎。

本月25日，在中科院高能物理研究所舉行的未來環形正負電子對撞機研討會上，所長王貽芳表示：“希格斯粒子發現後，中國獲得了一個機會，就是利用我們成熟的環形加速器技術可以建造下一代環形正負電子對撞機。只有研究清楚了希格斯粒子的性質，才有可能瞭解粒子物理未來的方向。”

“只有有了一個世界最先進的科研項目，才能吸引青年學者和世界頂級科學家來工作。”王貽芳認為，“世界上有個先例非常成功，就是日內瓦的歐洲核子中心，自從它有了世界上最大最先進的加速器後，歐洲就代替美國成為了世界高能物理的中心。這是美國結束了得克薩斯州的超級超導加速器的後果，是美國的悲哀。”

中科院高能物理所所長王貽芳在開幕式論壇

對撞機是物理學家探討宇宙基本成分的最重要工具。能量超高的兩束粒子流對撞，濺出日常觀察不到的“碎片”，從而檢驗基本粒子假説。據介紹，下一代環形正負電子對撞機將瞄準希格斯粒子發現後對撞機實驗的核心前沿物理問題，其科學目標是精確測量希格斯粒子的性質以及搜索標準模型背後更基礎的物理規律。其能量將是目前運行中的北京正負電子對撞機的60倍。從長遠來看，它可以改造為大型質子對撞機，其能量比正在運行的歐洲核子中心的大型強子對撞機大7倍。

歐洲大型強子對撞機設備內部

項目引諾貝爾物理獎得主熱評

在23日晚的開幕式論壇“希格斯粒子發現之後：基礎物理學向何處發展”上，爭睹大師風采的年輕人擠爆了清華大學主報告廳。論壇由丘成桐教授主持。發表演講的外國專家有七位，包括兩位物理諾獎得主——大衞•格羅斯和格拉德•霍夫特，還有菲爾茲獎和基礎物理學獎得主，弦論大師愛德華•維騰、基礎物理學獎得主尼瑪•亞哈尼•哈米德、基礎物理學獎獲得者約瑟夫•英坎德拉、狄拉克獎和櫻井獎獲得者盧西亞諾•邁阿尼、加州伯克利大學和日本東京大學教授村山齊。

開幕式論壇“希格斯粒子發現之後：基礎物理學向何處發展”

中國科學家提出的這一方案在國際物理界引起了巨大反響。菲爾茲獎得主、美國科學家愛德華・維騰表示，物理學仍然有許多問題亟須解答，如宇宙的起源，粒子質量的起源等。如果能在目前對撞機的能量上再提高一個數量級，無疑將在揭示自然界奧秘上推進一大步。

美國普林斯頓高等研究院教授、中科院高能所高能物理前沿研究中心主任尼瑪•亞哈尼•哈米德認為，要徹底研究希格斯粒子，必須探索更微觀的世界，唯一的方法是建立更大的環形加速器。“這個加速器第一步可以進行正負電子湮滅的對撞實驗，這個階段會產生很多希格斯粒子，從而帶動相關研究。第二步我們可以在加速器上進行質子-質子的對撞實驗，從而探測更高的能量區域，觀察更微觀的尺度。”他説。

諾貝爾物理獎獲得者、美國物理學家大衞・格羅斯認為，中國提出建設的下一代加速器將使中國在基礎科學領域處於中心位置。他甚至説：“我把這個夢想叫做‘中國的偉大加速器（The Great Accelerator）’，這會和萬里長城（The Great Wall）一樣引人矚目。它會比萬里長城的作用更大，會在科學技術各領域有突破和發現。”

失去發現“希格斯子”機會 美國為何下馬超導超級對撞機

超導超級對撞機是美國的一項“大科學”工程，1987年開始實施，後來發現“希格斯子”的歐洲強子對撞機幾乎是當年超導超級對撞機的翻版。但數年之間，其預算從最初的30億美元不斷增加至110億美元，最後在已經投資20億美元並取得一些成績的情況下，於1993年因國會干預而被迫下馬。

支持建造超導超級對撞機的，主要包括高能物理學家諾貝爾物理學獎得主史蒂文·温伯格（S. Weinberg）等人、能源部的官員以及來自德克薩斯州和其它州的一些議員。主要的理由是，建造超導超級對撞機可以滿足科學發現、學習、競爭、協作、未來發展等等的需要，有助於鞏固美國在基礎物理學方面的世界領先地位；在科學研究上能夠帶來突破性新發現；在經濟方面可以給美國提供上千的就業機會，並帶動相關領域的發展；建成之後還可以在教育、醫療等相關民用領域起到不可估量的作用。因此，儘管耗費巨大但物有所值。

反對建造超導超級對撞機的，主要是以諾貝爾獎獲得者安德森（P. W. Anderson）為代表的應用物理學家，和來自其它研究領域的科學家，以及來自各州的議員代表。還有從事宇宙背景微波輻射研究的諾貝爾獎得主彭齊亞斯（A. Penzias）等人。反對方的理由有：超導超級對撞機解決的只是物理學中的基本問題，而非科學的基本問題；它只是解決物理學中基本問題的途徑之一，而非唯一途徑；建造它需要大量的科技人才，這些人才資源的耗費將給其它同樣需要科技人才的行業帶來巨大的損失；建造它還將影響政府對其它科研項目的投資。此外，反對方還對超導超級對撞機的應用前景提出質疑，認為應該考慮將建造它的資金投到其它更緊迫和能夠獲得收益的研究領域中。

對於中國的新對撞機計劃，王貽芳表示：“預計經費佔國家GDP的比例，比三十年前中國政府決定建設高能所的北京正負電子對撞機佔當時國內GDP的比例還低。20年後，中國將成為世界最大的經濟體，也很有理由建造世界最大的加速器。”