如果我國建造大型對撞機,我們有沒有足夠的技術儲備?

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熱心網友回答 (6)

  • 5136032391

    2019-08-08 11:30

    Nature 在其官網刊發了一篇與中國高能物理所(IHEP)所長王貽芳的訪談。全文並不算長,但卻涉及中國超大量子對撞機的最新進展、中國未來在全球高能物理界的位置等關鍵問題,也不禁讓人聯想起此前一次源於丘成桐、楊振寧的現象級科學大討論——中國到底應不應該建大型粒子對撞機。某種程度上,這一次的訪談可以被看做上一次討論的延續。

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    IHEP 的物理學家正在設計世界上最大的粒子對撞機。Nature 認為,一旦建成,這個 100 公里長的設施將使得歐洲粒子物理實驗室在瑞士日內瓦附近建成的 27 公里長的大型強子對撞機(LHC)相形見絀,不僅如此,前者的成本只有 LHC 一半左右。這個價值上百億的圓形正負電子對撞機(Circular Electron–Positron Collider,以下簡稱 CEPC)正是王貽芳的心血結晶。   他從 2012 年大型強子對撞機發現希格斯玻色子以後就開始領導該項目。CEPC 是通過撞擊電子和它的反物質對應物——正電子——來生產希格斯玻色子。因為這些都是基本粒子,將其進行碰撞,就可以得到比 LHC 的質子-質子對撞更清晰的結果。所以若中國在 2030 年開放該設施,物理學家們就可以開始研究神秘的粒子和其衰變過程。   上周(2018 年 11 月 14 日),IHEP 發布了一份里程碑式的報告,概述了對撞機的藍圖。研發初期的資金來自於中國政府,但設計工作是由國際上的物理學家合作完成的,設計團隊希望獲得世界各地的資金支持。藍圖顯示,CEPC 將建設在地下 100 米深處的一個圓形場地中,並且安裝有兩個探測器,不過目前探測器的安裝位置還沒有確定。CEPC 使用年限為十年,電子-正電子對撞機隨後可升級為質子與質子之間的碰撞,能量峰值是 LHC 的七倍。

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    王貽芳在訪談中也提到未來 CEPC 和 LHC 可能存在的競爭關係。「現在說這是一場比賽還為時過早。我認為提出不同的建議並徹底探討沒想建議的優缺點是好事。然後再由集體決定哪一個可行」,他說。   值得注意的是,儘管這一次的訪談並未涉及此前王貽芳、楊振寧、丘成桐等人對於中國是否應該在現階段建設超大對撞機的辯論,但王貽芳仍在採訪中表達了建設超大對撞機對於中國的意義和價值所在。   「我們希望對撞機帶來的影響是正面的,至少對中國來說。此外,我認為 CEPC 不會成為世界唯一的中心。從歷史上看,我們總是擁有許多粒子物理中心,儘管現在這樣的中心越來越少。不過,我真的希望我們不會成為唯一一個。」,他說。王貽芳還表示,(中國成為全球高能物理中心)這有助於中國對外開放,變得更加國際化,它也將為科學界帶來更多資源。

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    中國超大對撞機上一次大範圍地出現在公眾視野也是此前的那場辯論,其可追溯到 2016 年早些時候。   2016 年 8 月初,著名華裔數學家、1982 年菲爾茲獎獲得者丘成桐在接受新華社採訪時,明確表示「希望在長城入海處建設下一代大型對撞機」。之後,丘成桐也撰文表達了對中國修建新一代大型對撞機的期待。   丘成桐給出的理由是:探索高能物理前沿,尋找超對稱粒子,吸引來自世界各地的一流科學家,將是中國「對國際科研、世界和平乃至人類文明的貢獻,也是對中國國際形象的提升」。   但著名物理學家、1957 年諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧則提出了截然不同的看法。同年 9 月,楊振寧發表長文表示了其反對意見,他認為,中國仍然是個發展中國家,大型對撞機可能會擠壓其他基礎學科的經費,而這樣的對撞機想要尋找的粒子,「包括我在內,認為超對稱粒子的存在只是一個猜想」。他估計,這個對撞機的造價可能需要 200 億美元(約 1350 億人民幣)。   兩位傳奇科學家的公開討論迅速引起了全國性關注,也有越來越多的中國科學家加入到其中的討論中,王貽芳便是其中一例,而他的立場是「挺撞」。在他撰寫的《中國今天應該建造大型對撞機》中,他表示,「楊先生是我尊敬的科學家,但我更尊重科學和理性」。   當時,王貽芳在文章中表示,在下一個五年計劃開建大型對撞機,是我們在高能物理領域領先國際的一個難得的機遇,而從數字看,基礎研究經費還有巨大的增長空間(大約每年 1000 億人民幣以上),不存在擠壓其他基礎科學研究經費的情況。

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    我們不難看出,大型對撞機引發爭議直接原因是投資巨大,根據王貽芳的文章,第一階段的正負電子對撞機(CEPC)約在 2022-2030 年間,工程造價(不包括土地、「七通一平」等)約 400 億元。如果第一階段成功且有所發現,第二階段的質子對撞機(SPPC)將啟動,工程造價在 1000 億元以內,時間是在 2040-2050 年左右。幾百、上千億元量級的投資在中國的基礎研究項目中也是難以想像的,要知道,根據央廣網數據,世界最大的射電望遠鏡、位於貴州平塘的 500 米口徑球面射電望遠鏡(FAST)項目概算總投資 6.67 億元。   在最新的採訪中,王貽芳也表示,「從來沒有人建造過這麼大的機器,我們希望最大限度地降低成本。它的規格與過去世界上任何機器的規格都不同,我們需要證明它是合理的」。   除了成本討論以外,王貽芳也回應了對撞機國際諮詢委員會對該項目國際參與不足的問題。   他透露,受到國際夥伴的財政支出限制,國際參與上暫無重大進展:「他們都感興趣,但是他們需要得到相關的資助機構認可。他們正在等待中國政府對於是否為其提供資金的決定」。   另外,王貽芳也提到,歐洲核子研究中心正在討論新的歐洲粒子物理戰略,美國也有類似的計劃。「我們希望兩者都能考慮 CEPC」.

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    除了粒子對撞機以外,王貽芳還談到 IHEP 另一個值得期待的項目,包括東莞的散裂中子源正在良好運作,IHEP 還計劃在北京懷柔建造一個 1.4 公里長的光源,耗資 48 億人民幣。這是一種圓形電子加速器,可以產生同步輻射(一種強度極高的 X 射線)。這些對幾乎所有研究學科都很有用,包括材料、化學、生物學、環境科學、地質學和醫學。   「我們相信政府將在明年年初之前完成該項目的最終審批,之後我們就可以開始建設了。我們認為它將是世界領先的機器。大多數光源是從現有機器升級的,因此限制很大。我們可以使用最好的配置,最好的技術,而且沒有限制」。

  • 檸檸

    2019-08-08 21:11

    對撞機是物理界尋找未來粒子的一種裝置,說實話對撞機對於現在科技運用來說沒有一點用處,對撞機存在的意義就是尋找和證明一些猜想理論上面的東西,而發現這些東西要到現實科技運用基本上在短時間內不可能,甚至數十上百年都不一定能真正做到運用的目的,用現在的話來說就是對撞機現在沒有實用意義。

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    但是對撞機的存在是為了尋找以後科學發展或者研究的方向,這是非常有可能的,所以對撞機存在的意義當然不是沒有一點用,對撞機還是一種燒錢黑洞,屬於燒錢大戶型,我國的對撞機其實在好多年前就已經開始,但是也是的確落後於西方國家,而且在建設和使用的方面我們目前國內的物理實力完全沒有辦法做到自建,也沒有辦法做到核心使用。

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    為什麼這樣說呢,我國的物理髮展起步完,又受到了西方國家的排斥,所以基本上在物理基礎和核心方面,我們對比西方國家還有很大的差距,差距在哪裡了,最主要的就是我們的基礎物理方面太差,和強國的差距不是一點半點,可以從教育中看出來我們的發展學習方向是什麼,在高中之前我們可以說全都是書本物理,完全沒有自我想像方面的創新物理。

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    而西方國家不一樣,教育模式不一樣,寬鬆的教育環境和學生自己發揮自己特產的條件下,更容易出現個人優點和能力強的人,而看看我們國內的基礎物理都被強大的各種競爭考試埋沒,從這方面來說我們已經落後了很多,這也是為什麼我們的物理在世界上沒有什麼地位和影響力的原因,因為在高等教育之前我們根本沒有真正的物理。

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    有一個很明顯的共同點,我們現在國內的物理學家和科學家絕大多數都是留學回來的,這並不是說我們國內培養不出物理方面的人才,而是絕大多數的這方面的人都知道去國外深造能獲得更多的好處,如果我們自己的科學和物理方面的水平住夠高,還用出去學習深造嗎,就像美國你看到美國物理方面科學方面的人才選擇來我們這裡深造嗎?

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    基礎物理薄弱導致了我們高端物理水平也受到很大的限制和約束,沒有足夠的人才積累,我們就沒辦法獲得更多的高端人才,尖端人才都是靠龐大的基礎裡面堆積脫穎而出的,基礎物理薄弱無法出高端物理人才,沒有高物理人才就沒有足夠的技術儲備,沒有技術儲備就沒辦法真正的掌握高端技術。

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    對撞機就是高端物理的一個代表,我們現在沒有能力自己建造對撞機,技術遠遠做不到靠自己建造,就算現在有爭論的打算建造世界上最大的對撞機,這種建造並不是我們牽頭的,我們只是提供場地和資金配合,由頂尖的外國團隊來主導建設和運用,我們只是從旁邊配合,順便能學一點東西而已,而我們為什麼要建造世界最大的對撞機,其實並不只是因為科研,更多的是一種政治因素在裡面,說白了就是我們自己目前根本做不到自己建造對撞機。

  • 2510890593419485

    2019-08-08 10:33

    自從九十年代北京正負電子對撞機運行以來,經歷了近三十年的努力,中國的實驗高能物理研究從無到有,已經達到了舉世瞻目的高度。有很多科研成果為國際所認可,並獲得國際獎項。中國新一代的高能物理學家有知識、有勇氣來承擔大型國際項目,這是前所未有的。在此基礎上,又有眾多國際頂尖物理學家的積極支持,考慮興建大型對撞機的時機已經成熟。大型對撞機的第一步希格斯工廠——就像世界上的諸多基本粒子工廠一樣——高能物理屆是會建造的;中國不建,別國也會的。重要的是,我們只有一個時間不長的機會:美國由於種種原因(主要是政治政策上的)還沒有進入狀態來認真考慮未來的大型對撞機;CERN 忙於全力運行目前世界上僅有的大型強子對撞機(LHC),十年內騰不出手準備下一代的大型對撞機。時間上看,這是中國的高能物理研究趕超世界的絕好機遇。

  • 家樂98123896

    2019-08-08 11:51

    數十年來,前沿物理學的研究已經離不開高能粒子對撞機。那麼什麼是對撞機呢?

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    說簡單點就是把質子或中子等亞原子,即強子,通過對撞機加速到接近光速,再進行碰撞,由此來研究粒子的結構,並尋找新的粒子。

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    目前,世界上最強大的高能粒子對撞機——大型強子對撞機(LHC)已經開機運行了10年,大型強子對撞機是世界上最大、能量最高的粒子加速器,來自大約80個國家的7000名科學家和工程師。由40個國家建造。是一種將質子加速對撞的高能物理設備。它是一個圓形加速器,深埋於地下100米,它的環狀隧道有 27 公里長,坐落於在瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心(又名歐洲粒子物理實驗室),橫跨法國和瑞士的邊境。

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    在這個加速器裡面,2束高能粒子流在彼此相撞之前,以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過不同光束管,向相反方向傳播,這兩根管子都處於超高真空狀態。一個強磁場促使它們圍繞那個加速環運行,這個強磁場是利用超導電磁石獲得的。這些超導電磁石是利用特殊電纜線製成的,它們在超導狀態下進行操作,有效傳導電流,沒有電阻消耗或能量損失。要達到這種結果,大約需要將磁體冷卻到零下271℃,這個溫度比外太空的溫度還低。由於這個原因,大部分加速器都與一個液態氦分流系統和其他設備相連,這個液態氦分流系統是用來冷卻磁體的。

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    大型強子對撞機利用數千個種類不同,型號各異的磁體,給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體,1232雙極磁體被用來彎曲粒子束,392四極磁體每個都有5到7米長,它們被用來集中粒子流。在碰撞之前,大型強子對撞機利用另一種類型的磁體「擠壓」粒子,讓它們彼此靠的更近,以增加它們成功相撞的機會。這些粒子非常小,讓它們相撞,就如同讓從相距10公里的兩地發射出來的兩根針相撞一樣。這個加速器、它的儀器和技術方面的基礎設施的操作器,都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建築內。在這裡,大型強子對撞機內的粒子流將在加速器環周圍的4個區域相撞,這4個區域與粒子探測器的位置相對應。

    對於我國建造大型對撞機,國內有很多不同的聲音,楊振寧教授多年來在不同的場所表達過反對中國獨自建造大型強子對撞機的觀點,原因有三:

    1.建造費用非常巨大,大型強子對撞機(LHC)是改造的,尚且花費近百億美金,如果完全重新重建,那就上千億元未必能夠,而且每次啟動運行時,花錢速度不亞於印鈔機;維護資金和技術要求是無底洞,改造費用無窮無盡。

    2.對撞機的安全是一個高度敏感的問題,一不小心,就是一枚炸彈。大型強子對撞機產生的能量是其他粒子加速器以前都無法達到的,但是自然界中的宇宙光相撞產生了更高的能量。多年來,這種高能粒子相撞產生的能量的安全性問題,一直備受關注。

    3.研究成果需要一個長期的積累過程,需要國際領域專家合作研究,一篇論文常常要花上幾年完成,署名將近有上千人。

    說到底還是拼的資金,如果假設資金足夠多,那麼我們有沒有足夠的技術儲備?答案是肯定的。

    去年底,位於北京的中國科學院高能物理研究所(IHEP)的物理學家們籌划過設計世界上最大的「粒子對撞機」,周長達到100公里,是歐洲大型對撞機的3倍之多。

      中國高能物理所(IHEP)所長王貽芳從 2012 年大型強子對撞機發現希格斯玻色子以後就開始領導該項目。我們大致了解一下中國高能物理所的發展進程:

    1984年10月7日,北京正負電子對撞機工程破土動工,鄧小平等黨和國家領導人親自為工程奠基。

    1985年1月11日,中國科學院批准高能所試行博士後研究制度。

    1986年8月,高能所通過衛星電話線路實現了北京高能所到瑞士日內瓦歐洲核子研究中心(CERN)的計算機遠程登錄,發出了中國的第一封電子郵件。

    1988年10月24日,鄧小平等黨和國家領導人視察北京正負電子對撞機,慰問參加工程建設的代表。鄧小平同志發表了「中國必須在世界高科技領域占有一席之地」的重要講話。

    1990年7月21日,北京正負電子對撞機工程通過國家驗收。後獲得1990年度國家科技進步獎特等獎。

    1993年1月7日,高能所「τ輕子質量的精確測定結果」入選1992年度全國十大科技成就。

    1993年5月26日,北京自由電子雷射裝置成功產生紅外受激輻射,在亞洲地區近十台紅外譜區自由電子雷射裝置中為首次。

    1993年12月28日,「北京自由電子雷射裝置成功實現飽和振盪」入選1993年度全國十大科技成就。

    1994年5月,高能所的計算機網絡正式加入國際網際網路,並建成中國第一個WWW網站。

    1996年1月16日,成立高能所宇宙線與高能天體物理開放實驗室。

    1999年2月7日,「北京正負電子對撞機/北京譜儀/北京同步輻射裝置改進」項目順利通過鑑定。

    2000年7月27日,國務院科教領導小組審議並通過《關於中國高能物理和先進加速器發展目標的匯報》,同意對北京正負電子對撞機進行重大改造。

    2001年1月10日,高能所宇宙線高能天體物理開放實驗室研製的神舟-X射線探測器隨載人航天系列神舟二號飛船發射升空,實現了中國在該領域的突破。

    2001年4月6日,中科院院長辦公會議批准高能所進入知識創新工程二期試點。

    2001年8月17日,撤銷物理一室、物理二室、宇宙線室,將物理一室和物理二室的一部分組成實驗物理中心,將物理二室的另一部分和宇宙線室組成非加速器物理研究中心。

    2002年1月15日,「中國粲夸克偶素物理實驗研究獲重大進展」入選2001年中國基礎研究十大新聞。

    2006年1月6日,北京譜儀國際合作組在高能所和美國夏威夷大學同時宣布觀測到一個新粒子,暫時命名其為X(1835)。

    2007年1月21日,由中國科學院院士、中國工程院院士投票評選的2006年世界十大科技進展新聞和中國十大科技進展新聞在北京揭曉。「北京正負電子對撞機重大改造工程獲關鍵性突破」入選中國十大科技進展新聞。

    2007年11月28日,高能所研製的嫦娥一號衛星有效載荷X射線譜儀10月24日搭載「嫦娥一號」衛星發射升空後,在環月軌道對設備首次開機獲得成功。

    目前,中國正在經歷一個加速器的繁榮發展期,位於東莞的中國散裂中子源已經投入運行,雖然規模不大但整體精良。高能物理研究所還計劃在北京懷柔建造一個周長為1.4公里的光源,耗資48億元。

    從以上來看,我覺得我國還是有一些科技儲備和前期鋪墊,目前主要分歧在於,我們是出資金納入歐洲的「上帝粒子」研究體系還是要單獨耗費巨大資金另立門戶搞研究呢?其實我還是傾向於前者,科學無國界,理論科學是可以共享的,形成合力才能更快的突破技術壁壘!

  • 11174261362

    2019-08-08 12:42

    高能粒子對撞的結果是小行星俯衝帶形成的熱核反應!

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  • 雪夜tu屠夫

    2019-08-08 12:00

    最好是不建造大型對撞機。