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[導(dǎo)讀] 近日，關(guān)于中國(guó)是否應(yīng)主導(dǎo)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)的問(wèn)題成為科學(xué)界爭(zhēng)論焦點(diǎn)。美國(guó)從大型對(duì)撞機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中“出局”,此后也未就開(kāi)建新一代大型對(duì)撞機(jī)有新規(guī)劃。執(zhí)筆記者彭茜,參與記者林小春、張淼、華義、張家偉)。
對(duì)撞機(jī)，他國(guó)如何取舍？
新華社記者
直線對(duì)撞機(jī)（ILC）效果圖。圖片來(lái)源：ILC項(xiàng)目
■今日視點(diǎn)
近日，關(guān)于中國(guó)是否應(yīng)主導(dǎo)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)的問(wèn)題成為科學(xué)界爭(zhēng)論焦點(diǎn)。范圍內(nèi)，對(duì)于這樣一種高投入設(shè)施，即使是經(jīng)濟(jì)富裕、重視科研的歐美和日本，也都慎之又慎。
支持者認(rèn)為，新一代對(duì)撞機(jī)將成為粒子物理研究的“”。然而，這注定是一場(chǎng)“燒錢(qián)”的競(jìng)爭(zhēng)。巨額投入與尚不明朗的研究前景，讓各國(guó)掂量再三。
歐洲：謹(jǐn)慎決定未來(lái)方向
歐洲擁有zui大、能量zui高的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），其質(zhì)子對(duì)撞能量為14TeV（萬(wàn)億電子伏特），軌道長(zhǎng)度27公里，有來(lái)自30多個(gè)國(guó)家的超過(guò)2000名物理學(xué)家參與。研究者所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室共同出資興建這一耗資約80億美元的“大家伙”。LHC所在的瑞士日內(nèi)瓦與法國(guó)交界地區(qū)已發(fā)展為一座匯聚研究者的科學(xué)中心，有100多位中國(guó)研究者在那里工作。
2012年，科學(xué)家宣布利用LHC發(fā)現(xiàn)了被稱(chēng)為“上帝粒子”的希格斯玻色子，完成了粒子物理所謂的“標(biāo)準(zhǔn)模型”。然而，LHC目前已經(jīng)達(dá)到其設(shè)計(jì)能量，要進(jìn)一步尋找新粒子，需建設(shè)能量和精度更高的機(jī)器。
負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)LHC的歐洲核子研究中心（CERN）發(fā)言人阿諾·馬爾索利耶接受新華社記者專(zhuān)訪時(shí)說(shuō)，未來(lái)10年LHC將進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)，并運(yùn)行至2035年，屆時(shí)產(chǎn)生的對(duì)撞能量將是現(xiàn)在的數(shù)倍。此后，CERN計(jì)劃建設(shè)對(duì)撞能量達(dá)100TeV的新一代環(huán)形（質(zhì)子）對(duì)撞機(jī)，軌道總長(zhǎng)將達(dá)100公里。CERN將在5年內(nèi)公布“未來(lái)環(huán)形對(duì)撞機(jī)”的完整設(shè)計(jì)報(bào)告和造價(jià)。
“但在任何關(guān)于新對(duì)撞機(jī)的決定敲定前，我們需要積累更多來(lái)自LHC的結(jié)果，這些結(jié)果將決定未來(lái)選擇的方向，”馬爾索利耶說(shuō)。今年8月5日，CERN在美國(guó)芝加哥召開(kāi)的高能物理大會(huì)上宣布，去年12月LHC疑似發(fā)現(xiàn)比希格斯玻色子更重粒子的跡象只是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)失誤。這令物理學(xué)家們極為失望，也讓能否發(fā)現(xiàn)超越“標(biāo)準(zhǔn)模型”的新物理的前景更加不明。為此，CERN正在研究“多種選擇”。
英國(guó)《自然》雜志認(rèn)為，直到本世紀(jì)30年代中期，CERN都將忙于提高LHC的質(zhì)子束密度而非增強(qiáng)能量。
日本：注重“經(jīng)濟(jì)實(shí)用”
日本已經(jīng)完成了下一代大型對(duì)撞機(jī)的初步工程設(shè)計(jì)，并得到美國(guó)能源部和CERN的支持。與歐洲不同，日本選擇建設(shè)更加“經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的直線對(duì)撞機(jī)。
日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)（KEK）岡田安弘接受新華社專(zhuān)訪時(shí)介紹，日本研究界一直在向政府建議由日本主導(dǎo)直線對(duì)撞機(jī)（ILC）計(jì)劃。
岡田安弘說(shuō)，ILC將在總長(zhǎng)約31公里的地下隧道開(kāi)展正負(fù)電子對(duì)撞，雖然對(duì)撞能量?jī)H為1TeV，卻可更好地分析對(duì)撞后新粒子特性，在精密測(cè)定希格斯粒子、探尋新物理方面的能力遠(yuǎn)超LHC，還可在發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子方面加強(qiáng)同LHC的互補(bǔ)性研究。ILC造價(jià)約78億美元，日本東北地區(qū)的巖手縣及宮城縣被列為候選建設(shè)地，預(yù)計(jì)將于本世紀(jì)20年代后期開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。
不過(guò)，文部科學(xué)省下設(shè)的專(zhuān)家小組對(duì)媒體表示，日本將等到2018年歐洲的LHCzui大能量運(yùn)行后再作決定。日方也在研究經(jīng)費(fèi)的不確定性和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。岡田安弘說(shuō)，日本的出資比例還需通過(guò)政府間交涉決定。由日本文部科學(xué)省和美國(guó)能源部組成的聯(lián)合小組正在討論如何降低ILC開(kāi)支，認(rèn)為造價(jià)還可降低15％。
美國(guó)：主動(dòng)放棄“燒錢(qián)”競(jìng)爭(zhēng)
美國(guó)超導(dǎo)超級(jí)加速器（SSC）建設(shè)項(xiàng)目在上世紀(jì)的“夭折”，是美國(guó)科學(xué)*的傷心往事，不少高能物理研究人員提起此事都嘆息連連。美國(guó)從大型對(duì)撞機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中“出局”，此后也未就開(kāi)建新一代大型對(duì)撞機(jī)有新規(guī)劃。
在SSC項(xiàng)目選址地得克薩斯州愛(ài)麗絲，已建成的22.5公里的地下隧道被棄。美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士韓濤對(duì)新華社記者說(shuō)：“宣布終止SSC讓高能物理研究的中心從美國(guó)移到歐洲。”
SSC對(duì)撞能量達(dá)40TeV。然而該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)幾年建設(shè)，在完成了約20％、花掉了20億美元后于1993年被美國(guó)國(guó)會(huì)取消。
當(dāng)年美國(guó)物理學(xué)界分為兩派，反對(duì)建設(shè)方主要擔(dān)心對(duì)撞機(jī)擠占其他基礎(chǔ)科學(xué)研究經(jīng)費(fèi)，影響力zui大的聲音來(lái)自諾貝爾獎(jiǎng)得主菲利普·安德森。
93歲的菲利普·安德森在接受新華社記者專(zhuān)訪時(shí)說(shuō)：“我認(rèn)為反對(duì)建設(shè)超級(jí)對(duì)撞機(jī)終究還是對(duì)的。”他認(rèn)為，粒子物理學(xué)家太執(zhí)著于高能量對(duì)撞這個(gè)代價(jià)極大的單一研究方式，而忽略了其他重要的實(shí)驗(yàn)事實(shí)（比如暗能量、丟失零點(diǎn)能、暗物質(zhì)等問(wèn)題）比追逐高能量還有意義。
如今，美國(guó)zui高能量的對(duì)撞機(jī)是始建于1983年的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的加速器Tevatron，對(duì)撞能量為1.96TeV。美國(guó)更寄望通過(guò)中微子研究揭示“標(biāo)準(zhǔn)模型”外的秘密。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃耗資10億美元建造長(zhǎng)基線中微子設(shè)施，于2026年向不同探測(cè)器發(fā)射中微子束，成為世界中微子研究的。
一些研究者認(rèn)為，目前處在觀望階段的日本、歐洲和尚無(wú)計(jì)劃的美國(guó)會(huì)給中國(guó)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)帶來(lái)難得的十年“窗口期”，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和科技決策機(jī)制在推行大科學(xué)項(xiàng)目上更具優(yōu)勢(shì)；但反對(duì)者認(rèn)為中國(guó)并不具備歐洲多年的技術(shù)積累、人員合作基礎(chǔ)和完備的配套基礎(chǔ)設(shè)施，也沒(méi)有日本的“差異化”競(jìng)爭(zhēng)策略。
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