楊振寧的最後一個“對手”——希格斯物理的漫長過去與未來（二）_風聞

 （前文見：楊振寧的最後一個“對手”——希格斯物理的漫長過去與未來（一））

東方力量的崛起

正如國內的很多現代學科一樣，中國的高能物理實驗發展的歷史比較短，道路也很曲折。但是，因為勤勞的中國科學家的努力，中國的高能物理學科發展的很快。

早在上個世紀五十年代，中國的物理學家就曾在蘇聯科學家的幫助下設想過在中國建設自己的粒子加速器。然而後來的幾十年中國經歷了中蘇交惡、文革等歷史階段，直到八十年代改革開放初期，最終建設方案的輪廓才得以成型。

最早的華人諾貝爾獎得主之一的李政道先生一直非常關心中國的各種科學研究，尤其是粒子物理學研究的發展。早在中美正式建交之前，李政道就在努力的尋找一些中美合作的契機，使得中國的科研人員能夠有機會去美國學習當時更為先進的科學技術。在他的大力推動下，1979年1月，中美剛剛建交，雙方的時任領導人就簽署了“中美高能物理科技協議”，以及“中美高能物理合作協議”。這是中美在科技方面的第一份合作協議，為後來幾十年的中美合作設立了第一個樣本。

1981年3月，李政道先生在美國的費米國家實驗室召開了一個非正式的學術研討會，其間李先生特別邀請了中國科學院高能物理研究所的科學家來到美國參加這個會議，同時李先生也有針對性地邀請了美國實驗粒子物理方面的專家參加。在這次會議上，美國斯坦福直線加速器中心的時任所長沃爾夫岡·潘諾夫斯基（Wolfgang Panofsky）提出了建議中國建造對撞能量為2×22億電子伏特的正負電子對撞機的方案，經過討論，與會者都認為這樣一台正負電子對撞機規模適中，是在中國的科研實力與國家經濟可以承受的範圍之內，並且它既可以做國際前沿的高能物理研究，也可以作為同步輻射設施，應用在其他前沿科學領域，在當時情況下是一個我國在高能實驗物理起步的非常好的選擇方案，十分適合中國的國情。這一提議很快得到了國內科學家的一致支持，而這個方案，也就是“北京正負電子對撞機”BEPC建設方案的前身。

1981年12日22日，鄧小平親自聽取了中國科學院關於建造22億電子伏特正負電子對撞機建議報告會，並在會上批示：“這項工程進行到這個程度不宜中斷，他們所提方案比較切實可行，我贊成加以批准，不再猶慮。”

1984年10月7日，完成設計的北京正負電子對撞機正式破土動工，鄧小平更是親自為這項工程奠基。

李政道先生一直是中國對撞機發展的最堅定的支持者之一，也是中國近代科學技術發展的主要推動者之一。從1979年到1989年的11年間，作為國家領導人的鄧小平共會見李政道13次，談論了大量中國科技發展的建議。其中有10次他們的會面都談論到了北京正負電子對撞機的建設進展。

北京正負電子對撞機BEPC所在的建築羣

終於，在1988年的10月18日，完成建設的北京正負電子對撞機成功實現了它的首次對撞。

1988年10月20日的人民日報頭版報道了這一成果，至此，北京正負電子對撞機作為繼兩彈一星之後我國在高科技領域的另一重大突破性成就，和當年中國科學技術史上最大的科研工程，終於開始了它的傳奇。

1988年10月20日的人民日報頭版對於北京正負電子對撞機的報道

1990年夏天，在一次召開於新加坡的高能物理大會上，時任中國科學院高能物理研究所的一位副所長向在座的世界高能物理學家介紹了北京譜儀的新進展，會上，曾和丁肇中一起獲得諾貝爾獎、已經成為美國斯坦福直線加速器中心時任主任的伯頓·里克特教授告訴這位副所長，斯坦福直線加速器中心和美國其他機構的物理學家對北京正負電子對撞機上的探測器——北京譜儀上的物理研究非常感興趣，不知道是否有可能由此開展中美科技合作。

這是第一次中國主導的科學項目走向國際。最終，1990年12月，里克特與高能物理所時任所長簽署了“高能物理所與美國直線加速器中心合作備忘錄”。北京譜儀由此也成為第一個由我國主導的國際合作科學實驗。

北京譜儀的國際合作項目的成為了中國與國外自然科學研究大規模合作的成功案例，也是第一次有中國科學家主導的科學實驗躋身世界第一流的科研項目之列。北京譜儀因其升級後優異的性能，使得其他國家在相同能區的其他對撞機都顯得黯然失色，成為雞肋。2008年，在與北京譜儀的性能競爭失敗之後，美國的加速器CESR被宣佈終止了它的運行計劃。從此，北京譜儀實現了在τ-粲能區物理領域的獨步天下。

在中國本土的對撞機物理團隊如火如荼的發展之時，中國高能物理界的另一個團隊——大亞灣實驗團隊正在粒子物理學的另一個領域艱難的奮戰着。自然界中有一類粒子如鬼魅一般，會自發的在三種狀態間變來變去，並且一般的探測器很難探測到，這類粒子就是前文中泡利所預言的中微子，而那三種狀態間的變化就是中微子振盪。在20世紀末，中微子振盪的前兩種模式都已被國外的物理學實驗觀測到了，而第三種震盪模式則是最難被探測到的一種，許多國外的實驗前赴後繼想要尋找它卻都失敗了。而大亞灣實驗團隊歷盡艱辛，在大亞灣核電站附近，設計並建設了一個利用核電站產生的中微子做研究的實驗。這個項目2003年被提出，2007年破土動工開始建設，2011年底安裝完成並投入了運行。 這之後僅僅過了57天，中國的大亞灣實驗團隊就發現了那個隱藏最深的、新的中微子振盪模式。而在中國團隊公開實驗結果後僅僅又過了25天，韓國的科學家實驗團隊也發現的相似的結論，證實了中國的結論。但是，科學競爭又是殘酷的，教科書上只會寫第一個發現第三種中微子震盪模式的實驗——中國的大亞灣實驗，韓國的科學家們這一次只能淪為陪跑，而粒子物理發展史上也第一次有了中國本土實驗得出的重要結論。

安置中的大亞灣中微子實驗的探測器

在對撞機這邊，中國的團隊也開始了收獲的季節。在2013年，在北京正負電子對撞機上的北京譜儀上，中國科學家第一次發現了一種新的物質形式——四夸克態，這項結果再一次為粒子物理學的版圖帶來了巨大的衝擊，也證明了，中國科學家在物質的基本形態研究領域能做到世界領先。

曾經的中國有着令人自豪的四大發明，有着燦爛輝煌的文明。近代的中國走過一段沉淪、昏睡的道路。但是到了現代，隨着中國科技、經濟、民生、基建等領域的全面崛起，東方的巨龍甦醒了。中國的基礎科學研究實力，也隨着巨龍甦醒，逐漸邁進了世界第一梯隊。

未來的道路

2012年希格斯粒子的發現，結束了一個時代，也開啓了一個時代。

一方面，標準模型的框架雖已建成，但細節仍是不清晰的，還有大量的不確定的條件，所以一切基於希格斯機制與標準模型的理論都可以大膽的前進一步、提出更精細的實驗要求了。另一方面，物理學家也十分清楚目前的標準模型是不完善的，已有很多實驗觀測結果與標準模型的預測相沖突，比如在標準模型中中微子應該是沒有質量的，但是諸多中微子振盪的實驗結果表明，中微子是有質量的。所以，超出標準模型的新物理的理論仍然有大量的可能性。

而希格斯粒子又不僅僅和物質質量的起源有關係，其他的領域比如早期宇宙演化的過程、暗物質與暗能量等等也與希格斯粒子息息相關。因此，對希格斯粒子的精確研究是粒子物理學界一個明確的未來需要完成的目標。

希格斯物理與其他研究領域的關係

2012年7月CERN發現希格斯粒子的同時也確定了它的質量大約是125個十億電子伏特。這一條信息決定了如果想要建造專門用來生產希格斯粒子的粒子工廠式對撞機，它所需要的能量是多少。

科學家們發現，想要以最高的效率的產生希格斯粒子，所需要的對撞機的能量是240個十億電子伏特。在這個能量之下，大量的正負電子對撞之後能夠產生一個希格斯粒子和一個傳遞弱核力的Z粒子。

因此，2012年9月，僅僅在希格斯粒子被發現之後的兩個月後，中國的在不同領域奮鬥高能物理學家們逐漸走到了一起，形成了一個新的團隊，並提出了在中國建造下一代正負電子對撞機的宏偉計劃，而這個新的正負電子對撞機的運行能量就鎖定在了240個十億電子伏特。

中國新形成的這個團隊中有人帶領過中國科學家在中微子研究領域走向了世界領先，有人在歐洲核子研究中心發現過特殊結構的新粒子，也有人親歷過美國SSC被扼殺。這個團隊裏不但有很多很多從粒子物理研究各個領域逐漸集結來的中國科學家，甚至還吸引了一些相信中國未來科技實力的外國專家。

這些不同領域，不同經歷，不同專長的人走到了一起，靠的不止是熱血和信念，還有冷靜的思考腳踏實地的研究。他們把設想中的對撞機叫做“環形正負電子對撞機”CEPC，將對撞機的所有細節都考慮了一遍，完成了一個細緻的設計報告。

應該説，粒子物理學的前途是很明確的，在未來幾十年細緻的研究希格斯粒子的性質已是世界粒子物理學家的共識，而中國設計的對撞機幾乎已是成本與效率的最優選擇。在中國發布自己的希格斯粒子工廠對撞機之後，歐洲核子研究中心也發佈了他們設計的希格斯粒子工廠對撞機“未來環形對撞機”FCC，然而，不出科學家的意料，歐洲的設計在一些關鍵指標上與中國的的設計“幾乎一模一樣”，因為這就是研究希格斯物理的最優解。

規劃中的未來環形對撞機FCC所在位置的示意圖。FCC將整個日內瓦市包圍在的其中。

2020年6月，歐洲核子研究中心的公佈了他們最新的發展戰略，歐洲版希格斯工廠FCC被列為了最高優先級。可見，全球的粒子物理學家目前努力的方向是一致的。

然而，歐洲現在仍然在運行着他們的大型強子對撞機LHC，並且在未來二十年左右，歐洲還計劃對LHC進行幾次升級，這些計劃會制約FCC的建設計劃，而中國則有望比歐洲早十年建成希格斯粒子工廠。

投身於中國粒子物理學領域的年輕人們很多對此也非常興奮，開始了在CEPC上的一個又一個細節裏的仔細鑽研。畢竟，上一代中國物理學人使得中國在基礎粒子物理學領域佔據了一席之地，而下一代人，則第一次有望實現對世界同行們在希格斯粒子研究領域的全面超越。

一切的研究都在按部就班的開展着，一個個難關在研究人員的努力下都在被克服着。然而，在科研之外，意想不到的情況還是到來了。

來自前輩的阻力

2016年9月，楊振寧發表了一篇文章《中國今天不宜建造超大對撞機》，將本來如其他科學研究項目一樣在默默推進的CEPC研究工作一下子推到了輿論的風口浪尖。

雖然作為理論物理學家的楊振寧並未親自參與過粒子物理學實驗，而晚年的他更是已離開粒子物理學領域多年，但是他仍然如年輕時一樣不看好對撞機實驗的前途。儘管幾十年來對撞機實驗已推動了粒子物理學發展了很多很多，而自從丁肇中和里克特發現粲夸克之後，所有的標準模型中的基本粒子都是在對撞機上被發現的，但是楊先生仍然沒有改變他對於對撞機前途的看法。

不過，在楊先生的這一篇文章中，他仍然對他的觀點有所保留。楊先生肯定了對撞機的用途，但他站在國家經濟與科技實力等方面考慮，認為中國不應“今天”建對撞機，而需等到中國經濟科技條件成熟的時候再做此考慮。

然而在2019年楊先生在中國科學院的一次演講的結尾，他則更明確和直白的表達了他對於高能粒子物理整個學科的悲觀預期：在他看來，粒子物理學的“盛宴已過”。

一石激起千層浪，對撞機乃至整個高能粒子物理學的話題再一次被推向了聚光燈前台。由於楊先生在國內的粉絲眾多，對撞機也再次成為一些人討論的對象。就這樣，在如今的網絡年代，一場本是學術路線的分歧的爭論，經過網絡的發酵後成為了廣大網友的談資。甚至，有自媒體人將中國未來計劃建造的對撞機以及它的建設者們描繪成了楊振寧“最後一戰”的“對手”。

然而，在熟悉物理學史的人來看，這場景幾乎是歷史的再一次重演。

上個世紀五六十年代，從二戰陰霾中走出不久的聯邦德國，在經歷了政權被顛覆，國家被分裂的鉅變之後，又成為了冷戰的橋頭堡。戰爭傷口在經過了十幾年的癒合之後，人民的生活才剛剛回歸到正常的狀態。而此時的德國物理學界，在經歷了十年對核物理研究的封鎖之後，也重新開展了對於物理學基本問題的研究，並打算奪回在基本粒子物理領域的研究優勢。於是，德國的科學家們打算在德國漢堡建設電子對撞機。然而，這樣先進的科學研究儀器的投入，對於戰爭廢墟上剛重建不久的聯邦德國來説，也是一筆不小的開支。於是，在電子對撞機建設的計劃階段，不出意外的，科學家們也收到了不少來自社會各界的反對聲音。

但頗為讓人意外的是，關於聯邦德國對撞機的建設，最大的反對聲來自於量子力學的奠基人，德國當年最偉大的物理學家，諾貝爾獎得主沃納·海森堡（Werner Heisenberg）。

沃納·海森堡

如同楊振寧一樣，晚年的海森堡也離開了基本粒子理論的領域。當時的海森堡的研究興趣轉向了等離子體物理等領域，並且在漢堡的正負電子對撞機建設的計劃階段表示，他認為高能物理沒有前途。

在那個年代，科學家們發現了電子、中微子以及組成原子核的質子和中子，發現了將原子核組合起來的強弱核力，關於原子核的理論看起來似乎已經完備，海森堡似乎確實有理由認為高能物理已經接近了這門學科的研究極限，接下來的工作似乎也只剩下一些需要修修補補的地方。

不過，歷史的車輪並不會因為來自前輩的阻力而減緩前進的速度。漢堡的正負電子對撞機依然按照計劃建設了起來。僅僅過了幾年之後，粒子物理的大爆發就拉開了序幕。丁肇中等人掀起的十一月革命，揭示了核子內部還有更深層次的結構，這一結果徹底的改變了高能物理理論的版圖。本已淤塞在核子理論堰塞湖中的新理論像是衝破了圍堰的洪水，高能物理的發展迎來了一個爆發期。

而漢堡的正負電子對撞機，也在這一輪爆發中做出了傑出的成就，它發現了強核力的傳播子，也是基本模型的重要成員——膠子。雖然海森堡曾反對過對撞機，但他的理論成就仍然在粒子物理的爆發期擔當了重要的基石，海森堡依然是當代基本粒子物理研究的築路人之一。

功成名就的物理學家在他們熟知的領域作出自負的判斷其實並不少見。

1927年，量子力學的另一位奠基人，馬克斯·玻恩在創立了量子力學的一種形式——矩陣力學之後，曾發出過豪言壯語：“我們認知的物理學，將會在6個月內完成。”結果，大家都知道，量子力學只是打開了一扇門，門外卻是一個遠超出玻恩想象新世界。

1894年，曾做出邁克爾遜-莫雷實驗、驗證了以太不存在的阿爾伯特·邁克爾遜曾説過，“絕大多數的基礎定律已經被建立，未來的物理學將只有在小數點後第六位後面去尋找。”然而，正是邁克爾遜-莫雷的實驗與那些被人輕視的小數點後第六位，撬開了通往相對論的另一扇門，人類對於時空的認知也發生了本質的變化。

宇宙如此的深邃，一代一代的物理學家前赴後繼，只為撥開一層一層的表象外衣，探尋真理的本質。然而，我們誰也不知道表象之下，仍有多麼複雜的路途需要探索。我們只知道，探索的道路還遠沒有到盡頭。

而希格斯粒子，目前看來是最有望撬動現有理論框架的領域之一。世界的基本粒子物理學界，正努力的準備着下一輪的大爆發的開啓。

正如當年那些德國漢堡對撞機的設計者建設者一樣，中國的下一代對撞機的研發也在重重困難中穩步前行着。或許，有自媒體人認為中國計劃未來為研究希格斯物理而建造的對撞機是楊振寧“最後一戰”的最後一個“對手”，但對於中國未來對撞機的研究者來説，楊振寧，是先驅，是同僚，是夥伴，是千萬築路人中的一員，是另一個“海森堡”，但永遠不曾是對手。