作者:段伟文 来源:科技日报 发布时间:2016/10/28 10:54:46
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科技日报:大型对撞机动议应诉诸科学的态度

 

(接10月21日6版《科技话题》)

——要从BEPC的240米一跃而跳到100公里,当以戒慎恐惧、临渊履冰的态度,通过认真的国际合作才可能健康发展。否则很容易让国际同行和公众形成的一个印象是,中国貌似会一个人抱着球跑。

其次,看看估价。根据王贻芳研究员9月5日回应杨振宁的文章,100公里的CEPC和SPPC的造价分别达400亿元和1000亿元,中国分别需要出资300亿和700亿。但据报道,王贻芳研究员今年6月2日在中科院学部报告会上表示,CEPC50公里造价约255亿元,100公里造价约360亿元。且不说此前还有其他估价,在如此短暂的时间内100公里CEPC的造价一下子涨了40亿元,这要么说明其预算方法不够严密,要么说明现在要做出准确预算其实很困难。当然,细心的读者也会发现,2014年王贻芳研究员发表在《现代物理知识》上的一篇文章中还是比较严谨地指出,造价尚在评估之中。姑且接受这些最新的数据,反观CEPC和SPPC的竞争者FCC及ILC,不难发现两个问题。其一是项目规划和预算的严肃性。既然规划有所变化且通过国内外媒体呈现出来了,就应该实时更新其官方版本,同时还应该考虑其造价接受同行和第三方的严格审议。其二需要对国际经费支持以及国际合作的方式有所交代。对比CERN中主要资助国德、法、英等分担的比例大约为20%、15%和13%的情况,是否应对中国70%和国际30%的投入的依据与可行性作出说明?对由此带来的国际合作的性质以及过高的风险承担是否也应有所交代?此外,在CEPC和SPPC的经费论证中,以年度投入占GDP的比例来自证,这种过于简单的算术实在不够严谨,更远远未体现出专攻高精尖演算的粒子物理学的特长。显然,在这种为了争取多切些蛋糕的比较中,如果不能证明自身的权重,就先应该与其他学科进行比对,否则又会出现田忌赛马的套路,而迫使决策者求助于“重整化”来解套。

不得不说的是,以中国高能物理现有的科研实力,要从BEPC的240米一跃而跳到100公里,当以戒慎恐惧、临渊履冰的态度,通过认真的国际合作才可能健康发展。值得深思的是,在大型对撞机上投入比例过高,非但不能给国家带来相应的荣誉和科技地位的回报,反而会因为达不到应有的目标使国家形象受损。而且,过高的投入比例很容易让国际同行和公众形成的一个印象是,中国貌似会一个人抱着球跑,搞不好还会套牢政府,独自抱着球跑完CEPC和SPPC上、下两个半场!

这种情况是应该警惕的。德国慕尼黑大学的Otmar Biebel教授不无敏锐地指出,如果中国准备将大型粒子对撞机变成一个纯粹的“国家项目”,他会持反对意见。再反观日本政府将争取国际经费的谈判与他国投入的承诺作为立项的先决条件的做法,绝不应粗鄙地斥之为没实力、观望或矫情。动议者与相关部门应该认真思考和分析这些外部的建议和做法的合理性,不仅要考虑适当提高国际经费的比例,还应该上升到体制机制层面,系统深入地探讨既符合国际惯例又合乎本土情况国际经费分担框架及治理模式,以此保障和激励科学目标与国家目标、中国科学与全球科学通过共担共创实现共享共赢。

话又说回来,不论是国际合作还是竞争,都没那么简单!不无吊诡的是,今年8月《自然杂志》一篇评论文章将中国会不会建造下一代对撞机与LHC重启后是否找到有意义的发现并列为高能物理的不确定性因素。其基调是:从营造有利于经费游说的国际大环境来看,中国提出对撞机计划应该受到欢迎;同时,中国的高能物理共同体较小,中国的对撞机应该通过国际合作的方式建造;但是中国的方案会挤压日本的ILC等的国际经费和研究资源,甚至会产生负面影响。东方的智慧告诉我们,褒贬是买主,喝彩是闲人。那些仰望星空的理论物理大牛为何喝彩?那是因为他们在实验中没有特殊的利益,只要是实验上的投入他们都会欢迎。而那些竞争者和利益相关者的褒贬,则应认真琢磨其真实意图与其话外之音。而由此进行的冷静思考恰是中国真正转身成为全球性国际科学竞合游戏的主导者的起点,将使我们对国际科学共同体在对撞机建设上的“合争”态势的复杂性有更理性和深刻的认识。此外,或许还存在一个无法回避的问题:CEPC与SPPC在与同类项目的竞争中相继胜出而成为唯一的国际合作项目的可能性究竟有多大?

——“新物理迹象”是指LHC上的新发现,而CEPC与ILC是对其进行精细测量的第二道工序。如果前面路向不明,第一步都未必应该跨出去,何谈为第二步赢得技术准备?好比还没相识,怎么可能跨过相知相爱就直接结婚?

最后,说说技术路线。按照王贻芳研究员的回应,大概的技术路线分为二步:第一步,2022—2030年建造CEPC,对撞能量0.24—0.35TeV,建成时是世界上最大的环形正负电子对撞机;如果“CEPC有新物理迹象,且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟”,就关闭CEPC,进入第二步,2040—2050年建成SPPC,对撞能量100 TeV。高能所一位专家年初撰文指出两步走有四大好处:保证有大科学产出、相对容易、相对便宜和为第二步赢得技术准备的时间。但问题是,CEPC的对撞能量只有0.24—0.35TeV,而2000年关闭的LEP的能量已达0.21TeV。反观其竞争者ILC的能量至少可达0.5TeV。而ILC的设计者指出,环形对撞机因正负电子存在能量损失而令其造价于对撞能量的平方成正比,而直线对撞机的造价与对撞能量成正比,使其达到万亿能标所需的费用比环形对撞机便宜得多。故一旦LHC及其改进版上呈现出有意义的现象,ILC不仅有能量优势,而且更容易以较低的成本改造升级。

从未来实际发展来看,CEPC的“相对容易”与“相对便宜”能否成为其竞争优势是有条件的。如果到2018年LHC没有新发现,下一代正负电子对撞机的基本任务是精确测量希格斯粒子的性质,不需要那么大的能量,ILC很可能搁浅,而CEPC被国际粒子物理界接受的可能性加大,但此时包括SPPC在内的下一代质子对撞机的建造需求大打折扣。如果2018年LHC有新发现,ILC虽然较难较贵,国际粒子物理界选择建ILC可能性更大,后续可能会继续乃至根据需要加快建FCC,此时CEPC的竞争优势不大。故可能的路线图是:第一种情况CEPC可能启动并可能获国际支持,但SPPC有无必要开启是未知数;第二种情况即便ILC启动依然建CEPC,国际支持会不足,后续SPPC也会因此难度加大。

再看“大科学产出”。如果类似去年“双光子粒子”的“消失”使超过500篇论文被“消除”的情况一再发生,“大科学产出”的品质何以保证?而这进一步提醒我们,所谓“CEPC有新物理迹象”的前提是LHC及其改进版上可以观察到有价值的现象,而实际上“新物理迹象”是指LHC上的新发现,而CEPC与ILC是对其进行精细测量的第二道工序。如果能正视这一不确定性因素的关键作用,就不难理解ILC甚至FCC为何磨磨唧唧又不约而同地等到2018年进行审议或完成概念设计。如果前面路向不明,第一步都未必应该跨出去,何谈为第二步赢得技术准备?好比还没相识,怎么可能跨过相知相爱就直接结婚?

科学在于细节,人必须学会直面细节中的魔鬼!面对大家已有共识的不确定性,似乎不宜仅从科学发展需要建更高能量的对撞机这一笼统的原则出发,一味强调“需要造、应该造、马上造”。换言之,如果2018年LHC确实找不到有意义的发现,我们应该像日本那样不见兔子不撒鹰还是精卫填海般勇往直前?反过来,2018年如果产生了有价值的发现,LHC或VLHC等就不会及时调整战略,直扑超对称物理的“寒武纪大爆发”吗?面对对撞机设计蓝图所描绘出的引领未来的美好图景,不宜轻易地接受乃至陶醉于一厢情愿的 “在国际竞争中抢得先手”的胜算;而应清醒地意识到,正因为这些高深、复杂和宏大的动议是以科学的名义,更要秉持前辈科学家茅以升等倡导的“严格、严谨、严肃”的科学态度,对其加以深入细致的检视。唯其如此,方可使耗资不菲的科学动议在可以有的质疑声中修正、纠错、提升,让科学的光芒照亮自己。

 

 
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