駁王孟源（一）：高能物理在1974年之後真的沒有任何進步嗎？_風聞
粲先生-2021-01-23 10:45
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2021年1月18日，觀察者網刊登了記錄王孟源與《科工力量》對話的文章《王孟源：中國要崛起，基礎科研需要“講實話”》。我十分贊同該文章標題所闡述的基本觀點，即基礎科研需要“講實話”。然而，作為在歐洲核子研究中心大型強子對撞機上的實驗上長期工作的研究人員，我很難認為王孟源自己在“講實話”，因為他關於高能物理與對撞機的具體言論中很多的描述與我在歐洲工作中的所見所學相差甚遠。
或許受制於上個世紀90年代極為不便的信息獲取手段，或許其後近三十年的金融行業生涯已使其忘記了他當年的高能物理行業見聞，王孟源作為一個上個世紀90年代曾接觸過高能物理的人，對於高能物理的言論仍充滿了對此行業的無知與偏見，實在是讓人遺憾。
顯然王孟源早已對高能物理領域不再熟悉了，做不到對這一領域進行事實描述。我遠沒有退休在家的王孟源涉獵廣泛，但是對於自己熟悉的工作領域，我還是有自信能解讀和闡述本領域的基本狀況。
王孟源作為一個已離開物理學研究多年的外行人士，沒能捕捉到這一領域的進展狀況，或許也因為中國的高能物理從業者們太過專注於科學研究，而沒能做好科普，因此我希望藉此機會向公眾，也向王孟源介紹一下當代高能物理領域的基本事實。
在與《科工力量》對話的文章中，王孟源表示：
高能物理在標準模型完成的1974年之後，到現在46年根本沒有任何進步。
然而，真相遠非如此。
事實是，過去的半個世紀，高能物理學領域研究相當活躍，碩果累累。
在1974年，物理學家們基於很多先前的實驗結果，系統化地提出了一套基本粒子所遵守的規則的假設，這就是標準模型。但是模型本身在提出時僅有框架，其實還有大量的參數沒有被確定，而這些參數的確定不能憑空想來，需要踏實的實驗測量。這些參數測量的工作量巨大，以至於至今標準模型這一理論的建立仍然不能説是“完成”了。這就像是沒有對光速進行精確測量的相對論，或是沒有對引力常量進行精確測量的萬有引力公式，是不完備的。
而愈加精確的實驗測量，則是檢驗理論成功與否的最重要的途徑。這是科學發展的必然規律，歷史已多次證明了這一點。
亞里士多德認為，運動的物體必須有最初的原因或一定有不斷地推動者，這一結論現在看雖然荒謬，但卻是基於當時對於粗糙環境中的現實的觀測所得出的。
到伽利略牛頓時代，由於技術的進步，可以製作出摩檫力很小的實驗條件，更為精確的實驗測量使得當年的科學家們可以總結得出牛頓第一定律（慣性定律），於是理論便產生了巨大的進步。
早在十七世紀，人們已通過觀測木星衞星、旋轉齒輪等方法測量了大致的光速。然而，只有當十九世紀後期，邁克爾遜、莫雷通過光的干涉將光速的測量精度精度推進到萬分之一之後，人類才意識到宇宙中並沒有充斥着以太，而相對論也以此為基礎實現了理論的巨大跨越。
甚至是標準模型的誕生本身，也是基於一系列精確測量的實驗的結果，這其中就包括丁肇中、里克特在1974年發現了粲夸克粒子並證實了夸克的存在的實驗。
同樣，標準模型理論若想發展，精確的測量仍然必不可少。
這裏我舉一個我自己親身參與的領域中關於標準模型中幾個參數的測量的例子。在標準模型中，一些粒子衰變的強度可以經過一系列運算之後表徵為三個相加之和為180度的角度。因此，這三個角度就能在平面上畫成一個三角形，高能物理學家們把這個三角形稱作“幺正三角形”。下面幾張圖就是最近十五年來科學家對於幺正三角形的認知的發展。
科學家最近十五年對於幺正三角形測量的發展歷史。四張圖分別是科學家在2006年（左上）、2008年（右上）、2012年（左下）與2019年（右下）對於幺正三角形的認知，每一種不同顏色的色塊表示一直不同的測量途徑。如果標準模型完美成立，所有的測量途徑的色塊都應該在三角形最上面的頂點上重合。
在圖中，每一種不同顏色的色塊都表示一種不同的實驗測量途徑測量出的結果，色塊越細表示測量越精準。如果標準模型完美成立，所有的測量途徑的色塊都應該在三角形最上面的頂點上重合。換言之，一旦發現不同測量途徑得出的結論不一致（也就是測得的三角形三角之和不等於180度），就會有新的理論來解釋這一現象，標準模型就會被突破、被髮展。
可以看出，2006年與2019年科學家對幺正三角形的認知精度已有了天壤之別。2006年以前，各種實驗測量途徑得到的誤差幾乎覆蓋了整個平面空間，2006年，科學家已可以勉強把各種測量手段的測量結果畫在同一個平面上了，但各種實驗手段測量出來的幺正三角形的上頂點的位置仍可能在一個相當寬闊的區域，也就是説仍有相當大的誤差。
而到了2019年，積累的實驗數據已能將幺正三角形的上頂點限制在很小的區域，甚至，有輕微的跡象表徵不同測量途徑測得的結果可能並不真正重合（如圖中灰黃色色塊與橘黃色色塊並不完全重合在幺正三角形的上頂點）。
隨着測量精度的不斷提升，科學家未來將會逐漸有能力驗證幺正三角形是否真的成立。越精確，才越有機會發現標準模型的軟肋，繼而突破標準模型產生新理論，倘若真有一天發現確實不成立，那便是標準模型再度被突破之日，便是人類對自然規律的認知進步之日。
而這些測量數據，都來自美國（BaBar）日本（Belle）和歐洲（LHCb）過去和現在所建造的對撞機實驗。
上面的例子只是發生在1974年之後的無數的驗證和挑戰標準模型的實驗測量之一，是我個人的專業領域。事實上，世界上有上萬名粒子物理學家，他們中的很多人都在各自不同的領域進行着研究。標準模型的內容正在一點一點地被填充，也正在一點一點的被挑戰着。
並且，在很多領域，標準模型已被證明是有缺陷的。
比如，中微子振盪就是標準模型所不允許的。
2020年12月12日，中國的服役近十年的大亞灣中微子實驗正式退役。而這個實驗最傑出的成果就是在2012年發現了中微子的第三種振盪模式。這個成果也入選《科學》雜誌評選的2012年度十大科學突破。
退役儀式上的大亞灣中微子實驗探測器
這是中國的科學實驗第一次直接挑戰了標準模型，再一次證明了標準模型的不完備性。
再比如説，標準模型建立之時的1974年，科學家們只發現了由兩個夸克或者三個夸克組成的粒子。但是，在進入新世紀之後，在日本的Belle對撞機實驗上，在中國的北京正負電子對撞機北京譜儀實驗上，在歐洲大型強子對撞機LHCb實驗上，陸續發現了好幾個四夸克粒子和五夸克粒子。這些發現對於人類對物質組成的認知也是一次革命。
再比如説，標準模型建立之時的1974年，科學家們只發現了四種夸克，而第五種和第六種夸克是分別在1977年和1995年被發現的。這兩種夸克改變了標準模型的版圖。
更不用説在2012年發現的希格斯粒子。這個發現使得希格斯機制不再是空中樓閣，這個實驗結果的對於希格斯機制的意義就好比水星近日點進動的觀測對於愛因斯坦相對論的意義，使得空懸的理論得以證實，這當然是高能物理的進步。
現在科學家們所認知的高能物理與1974年人們所認知的高能物理已有了翻天覆地般的不同。幾代人踏踏實實的努力不能被王孟源輕描淡寫的幾個字“沒有任何進步”而否定。
不積跬步無以至千里，王孟源狹隘地認為只有像牛頓力學建立、相對論建立、標準模型建立這種進步才叫進步，卻不能看到這些體系建立背後從量變到質變的積累過程。吃十個包子吃到飽，不能説前九個包子都沒有意義。而王孟源反對在某個方向上做研究，或者非要等到出現他認為的理論的“重大進步”之後再考慮研究，就是在阻止現在吃前九個包子，非要等到“飽了”以後再去考慮吃前九個包子，是因果倒置的想法。
科學發展不能建立在空中樓閣之上，必須腳踏實地一步一個腳印。王孟源雖自己在大談反對“假大空”，但他自己的這種好高騖遠不切實際的態度顯然卻是“假大空”的體現，是不能被接受的。
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