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王貽芳:物理學正處于拐點 超大對撞機一定要建

作者: 時間:2017-01-08 來源:網易科技 收藏

  序言:未來的世界,是科技在改變生活;未來的中國,科技在重塑增長。2017年伊始,網易科技聯合“未來論壇”推出“十大頂尖科學家預言未來”系列策劃,獨家專訪了人工智能、生命科學、物理學、天文學、化學等近十大領域最頂尖的華人科學家,傾聽他們對未來的預言。在這些預言的背后,他們憑借著自己的深厚學識,發出對人類未來的期盼之聲。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/201701/342611.htm

  “預言未來”的第三期,中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳。

  他是誰:王貽芳,中國科學院高能物理研究所所長。1984年畢業于南京大學物理系,曾師承著名物理學家丁肇中,專門研究高能粒子。2001年,38歲的王貽芳放棄了美國斯坦福大學的工作回國。2012年3月8日,王貽芳團隊實驗測得新的中微子振蕩模式,該實驗曾入選2012年年末美國《科學》評選的“2012年十大科學進展”。

  2012年,以王貽芳為代表的科學家提出在中國建造超大,這一提議受到知名物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧的極力反對。今年9月,就這一預計將花費上千億人民幣的大項目,楊振寧和王貽芳在輿論上掀起公開論戰。

  預言:超大的建造,將使中國高能物理研究走在世界前列。未來30—50年,必將產生極具價值的科研成果。

  物理學正處在轉折點上

  這正如十九世紀,牛頓的經典力學和麥克斯韋的電磁學理論已經完美解釋了宏觀物體的運動規律。但二十世紀初人們發現,在微觀領域,有些現象是牛頓力學解決不了的,量子力學和相對論的誕生完全刷新了人們對物質世界的認知,刷新了人們的世界觀。

  現在,上帝粒子——希格斯粒子(Higgs particle)就是這樣的“不和諧”因素。物理學“標準模型”中存在的問題,大部分與希格斯粒子有關。對希格斯粒子的研究,有可能極大地改變人類對宇宙的認識,甚至顛覆人類對現有世界的認識。

  2012年,希格斯粒子被發現之后,對如何進行下一步研究,高能物理學界便開始了對未來研究方向的討論。2016年9月,著名物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧和中國科學院高能物理研究所所長王貽芳在媒體上對于中國是否應當建“超大”的公開爭論,便與此密切相關。

  新年伊始,我們對處于輿論漩渦中的王貽芳進行了專訪,這也是他在爭論過后,首次對媒體再談高能物理學的未來發展趨勢。

  高能物理學又稱粒子物理學或基本粒子物理學,它是物理學的一個分支學科,研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構與性質,和在很高的能量下,這些物質相互轉化的現象,以及產生這些現象的原因和規律。對物質結構的研究,使人類從分子、原子走向基本粒子,其影響不可估量。

  這一學科看似“高冷”,卻與我們每個人的生活無比切近。比如我們現在使用的觸摸屏、WWW網、今天在醫院里的很多檢查與治療(MRI,PET, 癌癥的放射性治療等)都與高能物理學息息相關。

  未來,高能物理還會帶我們走向哪里?

  “發現新物理最重要的窗口”

  網易科技:超大對撞機為什么這么重要?為什么一定要建?

  王貽芳:現在物理學的發展正處在一個轉折點上,標準模型中存在的問題,大部分與希格斯粒子相關。高能物理學的研究要想深入,必須對這個粒子有清晰的認識。這是最重要的、繞不過去的問題,它會深化、甚至有可能顛覆我們對物質世界的認知。

  要研究這個粒子,就需要建立超大對撞機,因為現有的對撞機都無法滿足能量或亮度要求。這就像觀測細菌必須要使用顯微鏡一樣,它是一個工具。超大對撞機其實就是一個“工廠型”加速器,之前我們用這種方式對粒子進行研究,都取得了成功。

  網易科技:您有沒有想過失敗的可能性?如果萬一沒有做出成果,會怎樣?

  王貽芳:這個問題很多人也問。我們這個實驗分兩步,我認為是比較穩妥的:第一步是建立電子對撞機,第二步是建立質子對撞機。建設風險是沒有的,因為建造對撞機技術上沒問題,造價即使超出預算,也會在20%以內,沒有問題。成果風險,我認為也很小。這是未來發現新物理最重要的窗口,我們總會得出一些有價值的結論,無論它與我們的預想是否一致。因為現在的標準模型中的很多問題都與希格斯粒子相關,這個問題我們繞不過去,必須要對它進行研究。

  科學發展的“領頭羊”

  網易科技:高能物理現在處于怎樣的發展階段?未來發展趨勢是怎樣的?未來5—10年會產生什么樣的突破?

  王貽芳:物理學現在其實是處在一個轉折點上,它未來應該朝什么什么方向走,目前正在討論當中,這也是楊振寧先生和我的意見不完全一致的原因。

  2012年之前,希格斯粒子還沒找到,所以還談不到對它進行研究,但是2012年之后,就必須要解決這個問題。我認為,高能物理學未來的核心問題,就是要對希格斯粒子進行研究。目前,對物質內在結構的解釋是“標準模型”,這個模型需要更深層次的研究和更加統一的公式。這個實驗要出成果,大概在未來的30—50年,5—10年這么短的時間恐怕還不會。

  現在,包括美國、日本、歐洲的很多國家都想建超大對撞機來研究這個問題,大家都想搶這個。但是他們一時建不起來,有各種各樣的原因,比如美國是由于政治因素,而我們國家正好有這個體制優勢。

  網易科技:楊振寧先生建議的兩個方向——尋找新加速器原理、尋找美妙的幾何結構,不是高能物理的核心問題嗎?

  王貽芳:這些也是有待研究的問題,新加速原理離實際突破和應用還有很長的路要走,尋找美妙的幾何結構離實際就更遠了。有少部分人從事這些方向的研究可以,但不可能是主流。中國在“認識世界”這件事上應當走在世界前列,不能老跟在別人屁股后面。建立超大對撞機,對希格斯粒子進行研究,就是這樣一個機會,就看我們上不上了。

  我們中國人做事總是要問“有什么用”,實用主義傾向比較嚴重。很多時候,基礎研究不是馬上就能應用在現實當中出產品的,但是它會刷新我們對世界的認知,它是有引領作用的。在最近幾百年當中,對物質結構的研究,一直是科學發展的“領頭羊”。因為我們生活在一個物質世界,對物質結構的認知是我們對自己生存環境最本質規律的認知。

  網易科技:您的研究思路受到諾貝爾獎得主楊振寧先生的挑戰,您是如何在這樣的壓力下作決策的?

  王貽芳:你如果堅信你做的是對的,你就會有力量。這件事是高能物理目前最核心的問題,我們必須去面對。也有信心完成。沒有一個人會把自己的生命浪費在一件他認為會注定失敗的事情上面。

  我們的研究其實是分兩個階段,前一階段是電子對撞機,后一階段是質子對撞機。前一階段結束后,根據拿到的結果,再考慮如何進行后一階段。但是因為這些實驗是比較長時間的,有延續性的,我們在進行第一階段的設計時,就要考慮到第二階段,這樣可以避免到時產生不必要的浪費和重復建設。

  但是,現在楊先生否定了第二階段,并以此來否定第一階段,我覺得這個思路有問題。。

  預言者簡介:

  王貽芳,1984年畢業于南京大學物理系,現任中國科學院高能物理研究所所長。

  他曾師承著名物理學家丁肇中,專門研究高能粒子。2000年,王貽芳入選中國科學院“引進國外杰出人才”,2001年12月回國,擔任中國科學院高能物理研究所一名普通的研究員。

  2012年3月8日,王貽芳團隊實驗測得新的中微子振蕩模式,該實驗曾入選2012年年末美國《科學》評選的“2012年十大科學進展” 。

  他提出建造一座周長50-100千米的環形粒子對撞機,超越歐核中心周長27千米的大型強子對撞機(LHC),并借此將中國推向粒子物理研究的第一線。

  未來論壇背景背景:未來論壇由科學界、教育界、互聯網界、投資界領袖于2015年之初發起,商學跨界科學傳播公益平臺,是中國以民間資本激勵科學突破的“推動人”。未來論壇至今已形成未來科學大獎、理解未來講座、閉門耕研討會和未來論壇年會等系列活動。



關鍵詞: 對撞機

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