新华日报科技周刊顾问王贻芳：建设超大环形对撞机，我们有10年窗口期

交汇点讯 基础科学似乎离我们很近，但又离我们很远。黑洞照片、“上帝粒子”都曾经刷爆我们的朋友圈，但其中的科学内涵却少有人知。5月8日，新华日报科技周刊记者来到中国科学院高能物理所，访问世界顶尖的粒子物理学家王贻芳院士，站在基础科研的世界尖端，他所做的研究，可能会颠覆我们对这个世界的认识。

实验物理，有望搭桥量子世界和相对论

对物理学的外行，王贻芳有个经常要解释的科普问题是“高能物理是研究什么的？”

“高能物理就是研究物质最基本的结构，最小最小的结构。”王贻芳介绍，研究这个最小的结构，能够帮助我们了解宇宙的起源和丰富多彩的物质世界。

“物质的结构越小，能量越高。能量越高，就越接近时间的零点，也就是更接近宇宙大爆炸的时刻。所以我们所关心的物理过程，跟在宇宙演化的初始时刻是一样的。”王贻芳介绍，一个庞然大物和草芥微尘，两者只有在宇宙大爆炸的时候才有联系，因为能量都达到最高，在这个最高能量点上，我们能够将微观世界和宏观世界联系起来。

众所周知，现代物理学有两大基石，广义相对论和量子力学。前者描述了暗物质和黑洞等身处的宏观世界，后者则对基本粒子的微观世界作出精妙描述，推动和造就了我们对现代世界的认识。量子力学和广义相对论在各自领域出色的描述着我们生活的世界，当今物理学家的目标之一就是将它们合并在一起，“打个比方，就像是牛顿第二定律F=ma，用同一个公式去描述苹果从树上掉下来，和天上的天体运行这两个现象。”王贻芳说，如果能有一套理论，能够将微观世界和宏观世界用同一个公式表示出来，不是更简单，更漂亮吗？

目前，已经有不少物理学家，提出了不少理论来尝试在数学上将两者统一，比如《生活大爆炸》里谢耳朵痴迷的“弦理论”。那么这个理论是否完美？王贻芳解释道，从科学上来说，任何一个理论要成立，首先它要能够描述所有过去的实验现象，第二也是更重要的是，要能成功预测新的现象，弦理论到目前为止只满足了第一个条件，它对未来的所有预言都还不可检验。

“广义相对论和量子力学到目前为止，经受了大量的实验检验都没有错误，但这两套理论是分别从宏观、微观两头方向去描述世界，我们的高能物理实验就是希望研究其背后更高层次、更深层次的新物理”王贻芳说。

打开未来新物理发现的窗口

微观世界的运行规律是什么？这个问题绕不开一个听起来平淡无奇的名字“标准模型”，但上个世纪的诺贝尔物理学奖当中，超过四分之一都和标准模型有关。

2012年，标准模型迎来了一次伟大的胜利，科学家苦苦追寻，霍金曾打赌预测不会找到希格斯粒子，竟然在粒子加速器中被找到了！随着希格斯粒子的发现，人类补上了标准模型的最后一块拼图——但接下来呢？

“标准模型中存在的问题，大部分与希格斯粒子相关。”王贻芳说，物理学的发展正处在一个转折点上，用标准模型来描述这个世界，已经走到了尽头。

在粒子动物园里，有12种粒子。“中微子、电子、夸克都是构成物质世界的最小砖块，而希格斯粒子跟他们都不一样，它可以跟所有的粒子发生作用，这个作用给其它粒子‘披’了件衣服，给予他们一个后天赋予的质量。”王贻芳说，我们所谓的标准模型面临各种缺陷和不理想，其实都跟质量问题有关，即跟“上帝粒子”有关系，“我们认为，未来新物理的发现窗口很可能就在这里”。

要研究这个粒子，就需要建立超大对撞机，因为现有的对撞机都无法满足能量或亮度要求。欧洲核子研究中心最近也公布了“未来环形对撞机”的概念设计报告，计划斥巨资分两步建设新一代超级对撞机，于本世纪50年代完成。

对此，王贻芳表示，欧洲的对撞机方案跟中国相比略晚一点。都是周长100公里，技术路线都是先搞电子对撞而后升级到质子加速。当然，两者的造价不一样，中国的全部费用约为欧核费用的一半左右。时间上中国比欧核要早10年左右。正是在这个意义上，王贻芳等科学家认为，对中国高能物理研究来说，建设超大环形对撞机是一次重大机遇。“我们有10年的窗口期，有非常大的把握取得成功，可能改变世界高能物理研究的格局。如果错过这个机遇，我们就只能继续做拾遗补缺的工作了。”

基础科学研究本身是人类文明的一部分

尽管中国超级对撞机的建设已经取得巨大进展，获得诺奖得主谢尔顿·格拉肖，戴维·格罗斯的力挺。但自2016年以来,超级对撞机面临了较大的争议，诺奖得主杨振宁的反对，引发了事关全球高能物理未来发展方向的一场大争论，可以说是载入科学发展史册的大“对撞”。

面对争议，王贻芳并非没有压力，但他从来没有望而却步。王贻芳坦承，任何一个国家在这样的问题上，都需要做完整、全面、彻底的论证，从科学、技术、组织管理等各个方面去做论证，但论证前各方必须占有足够的资料和相关的知识。建设超级对撞机，对中国、对世界甚至对科学本身都有着非凡的意义。

“谈到性价比，这里面牵涉到相关技术的溢出效益。高能物理发展有比较强大的技术带动作用，一旦建成，能带动一批世界领先的企业和他们的技术。此外，中国想要成为世界的所谓的科学的领导者，应当有世界的科学中心，这对人才培养，科技体制改革，地方经济发展等等都会有非常重要的一个推动作用。”

如何看待基础科学研究跟经济发展之间的关系？王贻芳认为，首先要知道所谓“没用”的基础研究，在掌握了举一反三的规律之后，最终会对“有用”的经济产生巨大的效果。第二就是国家对基础研究和应用研究的投入要有一个合适的比例，既顾眼前也要顾长远，既考虑到未来的十年，也要考虑到未来的50年。

基础科学研究本身是文明的一部分。在改变了世界文明面貌的伟大科学洞见上，“麦克斯韦统一了我们对电和磁的认识，为今天的绝大多数技术提供了理论基石。爱因斯坦的质能方程打开了核子时代的大门。而中国古代虽有四大发明，但我们只停在了‘发现’阶段，并没有进一步发展出抽象的、纯粹的科学，也不知其所以然。”有了推动人类文明的基础科研成果，中国才会有具有更大的软实力和世界影响力。

交汇点记者 杨频萍 张宣

编辑: 王梦然