爭議中挺進

今年的諾貝爾獎依舊沒有中國科學(xué)家的身影，間接反映了過去幾十年中國在頂尖基礎(chǔ)科學(xué)的缺位。

在年復(fù)一年的關(guān)于中國基礎(chǔ)科學(xué)何時有全球領(lǐng)先性成果的討論中，有一種觀點指出，中國的基礎(chǔ)科學(xué)正處于播種的階段，還遠未到收獲的季節(jié)。由此拆分這個觀點，如何“播種”又成了另一道難題。

正在接受評估的中國超大環(huán)形正負(fù)電子對撞機（CEPC，以下簡稱“超大對撞機”）就是一個典型的例子。其前所未有的巨額資金投入，成為楊振寧、丘成桐兩位頂級科學(xué)家多次公開討論的爭議焦點，更考驗著中國現(xiàn)階段在建設(shè)大科學(xué)裝置上的決策和決心。簡而概括之，“反撞者”（楊派）認(rèn)為此事時機未到，“挺撞者”（丘派）認(rèn)為此時不做更待何時。

時至今日，CEPC 這一牽動整個中國高能物理界神經(jīng)的項目，又在經(jīng)歷著怎樣的命運走向？

CEPC《概念設(shè)計報告》誕生

1984年10月，中國開始建造北京正負(fù)電子對撞機，開啟了中國大科學(xué)工程建設(shè)的新時代。

2007年10月，中國科學(xué)院高能物理所開始建造大亞灣中微子實驗工程，并于2012年3月宣布：在世界上發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式。王貽芳等科學(xué)家還因此而獲得2015年美國基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎。

正是在這樣的背景下，中國科學(xué)家在2012年又提出了建造CEPC的建議。

2018年11月14日，兩卷本的CEPC《概念設(shè)計報告》在北京正式發(fā)布。這一報告闡述了加速器和探測器的可行性設(shè)計方案，以及該項目的科學(xué)意義。同時也詳細地評估了 CEPC 相對于歐洲大型強子對撞機在科學(xué)上的優(yōu)勢。引人注目的是，《概念設(shè)計報告》吸納了全球高能物理學(xué)界多位科學(xué)家包括諾貝爾獎獲得者的意見，全球有上千位科學(xué)家參與了這項研究。國際未來加速器委員會和亞洲未來加速器委員會主席、墨爾本大學(xué) Geoffrey Taylor 教授，2017年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、領(lǐng)導(dǎo)LIGO實驗發(fā)現(xiàn)引力波的加州理工大學(xué)教授Barry Barish等都對CEPC《概念設(shè)計報告》的完成表示了祝賀和稱贊。

CEPC機構(gòu)委員會主席、北京大學(xué)教授高原寧表示： “《概念設(shè)計報告》標(biāo)志著我們完成了整個項目的加速器、探測器和土木工程的基本設(shè)計。下一步將重點關(guān)注CEPC關(guān)鍵技術(shù)和原型機的研發(fā)，希望今后能得到政府的積極回應(yīng)。”

2019年12月中旬，CEPC 的主要發(fā)起人、中國科學(xué)院高能物理研究所所長王貽芳院士接受多家媒體采訪，再次回應(yīng)中國建設(shè)超大對撞機的種種爭議，并透露 CEPC 目前所處的階段和取得的進展。

王貽芳是當(dāng)代中國最重要的高能物理學(xué)家之一，曾師從丁肇中。過去10年間，他領(lǐng)導(dǎo)了國內(nèi)兩大粒子物理實驗。其中，大亞灣中微子實驗被《科學(xué)》雜志評為 2012 年度十大科學(xué)突破，團隊測出“幽靈粒子”中微子的第三種振蕩模式，也曾被譽為“中國本土迄今為止最重要的物理學(xué)成果”，他成為第一個斬獲基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎的中國人。但王貽芳的雄心遠不止于此。中國建設(shè)下一代超大對撞機，他是最核心的主張者之一。

“中國的粒子物理如果有CEPC，我就盡到了我的責(zé)任，這是從規(guī)劃的角度而言。我可能沒有機會在上面做研究了……中國的GDP已經(jīng)是世界第二，有一天會成為世界第一，我們不可能在GDP世界第一的時候繼續(xù)做著二流、跟風(fēng)式的科學(xué)研究，應(yīng)該在最核心、最重要的地方去跟別人競爭。”在最新的采訪中，王貽芳如此表示。

“用不了1400億”

時至今日，回顧人類的科技文明史，諸多突破和進展無非基于人類在這兩個方向上的探索能力：更宏觀的世界以及更微觀的世界。而對這兩個世界的探索越為深入，大型科學(xué)裝置的存在感就越強。

環(huán)形超大對撞機，正是一種在高能物理領(lǐng)域用以探索和理解微觀世界中的基本粒子、尋找新的物理規(guī)律的大型科學(xué)裝置，由中國科學(xué)家于2012年提出建設(shè)。

“對中國來說，這是一個理想選擇，是能夠引領(lǐng)世界基礎(chǔ)物理研究最好的機會。”王貽芳進一步進行了充分解釋。

首先，希格斯粒子是目前粒子物理研究未知的一個最重要的窗口。

其次，希格斯粒子質(zhì)量不是特別重，環(huán)形對撞機是一個理想的希格斯粒子工廠。相對于直線對撞機來說，這是效率更高的一種設(shè)計。

再次，國際上我們很多的競爭對手（歐洲、美國、日本），他們的手上都有其他正在進行的項目，暫時騰不出手來做環(huán)形希格斯粒子工廠。

最后，環(huán)形正負(fù)電子對撞機剛好是我們會做的，我們有30年的北京正負(fù)電子對撞機的經(jīng)驗。

同時，這樣一個裝置也會推動國內(nèi)現(xiàn)有的一些技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，包括精密器械、真空、自動控制、計算機、超導(dǎo)磁鐵、專用集成電路等等。特別是可以填補國內(nèi)空白，培育一批企業(yè)在超導(dǎo)高頻腔、高場超導(dǎo)磁鐵、高功率微波功率源、大型制冷設(shè)備等方面國際領(lǐng)先，并發(fā)展出諸如高溫超導(dǎo)之類的革命性技術(shù)。

據(jù)了解，在 CEPC 的產(chǎn)學(xué)研版圖中，現(xiàn)已有將近 70 家國內(nèi)企業(yè)在合作名單內(nèi)，一起開展關(guān)鍵技術(shù)的研究、關(guān)鍵部件的研制，推動很多國產(chǎn)化項目的進行。

王貽芳進一步指出，科學(xué)的發(fā)展從早期的手眼并用，到后來實驗室中的顯微鏡、望遠鏡等各種各樣的設(shè)備，再發(fā)展至今人類有了大型的空間望遠鏡、地面大型望遠鏡、地面大型加速器等，大科學(xué)裝置的發(fā)展已成必然。

“我們研究的問題越來越難，我們研究的對象要么越來越大、要么越來越小，這都是人力極難觸及的，所以借助越來越大的儀器是不可避免的趨勢。”

但是，大型科學(xué)裝置，也對應(yīng)著其建設(shè)過程中巨大的人力物力投入，這正是引發(fā)“楊丘之辯”的核心矛盾點。

此前有報道稱，建設(shè)中國的超大對撞機，將耗費近30年1400億元：第一步正負(fù)電子對撞機（CEPC）建設(shè)階段，約在 2022—2030 年間，工程造價（不包括土地、“七通一平”等）約 400 億人民幣;第二步超級質(zhì)子對撞機（SPPC）階段，工程造價在1000億人民幣左右，時間是在2040—2050年左右。

王貽芳澄清道：“很多人說這個項目要上千億，我們從來沒有說過。CEPC 需要 360 億元人民幣，這是我們兩次估算出來的結(jié)果。”

他表示，CEPC 建成之后，其100 公里的隧道具有可重復(fù)利用的價值，未來的可能性包括用以做質(zhì)子對撞機、電子質(zhì)子對撞機，或者重離子對撞機等，這是第二階段的可能性。

是否開展第二階段的建設(shè)計劃，將有兩個不可或缺的條件，“第一個，CEPC 需要有重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn);第二，我們的關(guān)鍵技術(shù)要有突破，例如高溫超導(dǎo)。所以大家可以評估一下，如果我們把高溫超導(dǎo)做出來了，它對社會的貢獻就不是百億、千億了，恐怕是萬億以上。”

時至今日，回顧人類的科技文明史，諸多突破和進展無非基于人類在這兩個方向上的探索能力：更宏觀的世界以及更微觀的世界。而對這兩個世界的探索越為深入，大型科學(xué)裝置的存在感就越強。

開建時間點或晚于2022年

按照2018年11月14日發(fā)布的設(shè)計報告，中國團隊的 CEPC 研發(fā)初期的資金來自中國政府，但有許多國際上的物理學(xué)家參與設(shè)計工作。

而在時間的規(guī)劃上，CEPC 開建的時間點很大可能將晚于此前所設(shè)定的 2022 年。

王貽芳說：“一個項目的推動依賴于很多方面，我們最初（2013年）計劃了CEPC于2022 年開始建設(shè)，認(rèn)為團隊差不多需要10年左右的準(zhǔn)備時間。到現(xiàn)在為止，我們基本是在按計劃推進當(dāng)時設(shè)定的 10 年任務(wù)。”

“現(xiàn)在距離 2022 年還有 3 年，實事求是地說，團隊還有很多準(zhǔn)備工作沒有完成，也許還需要更多的時間，而這個也同時取決于國家未來‘十四五規(guī)劃和其他整體性的計劃到底會怎么執(zhí)行。我們也在等待更宏觀的各種各樣項目計劃的啟動，這也不是某一個項目的問題，是許多項目的整體規(guī)劃的啟動，看起來還需要點時間。”

“未來中國能否實現(xiàn)建設(shè)超大對撞機，我不知道。但是我相信，這是科學(xué)界需要回答的最中心、最關(guān)鍵的核心基本問題。我們中國的科學(xué)家有沒有勇氣、能力，以及社會和公眾的支持，來做未來科學(xué)發(fā)展的最重要、最核心的問題。”

“實事求是地講，中國的科學(xué)發(fā)展到今天，我們研究的絕大部分問題、所謂競爭的成功點，相當(dāng)一部分像在打‘游擊戰(zhàn)，更多在邊緣、空當(dāng)、容易的方向上投入和取得成績。我們敢不敢做，代表著中國未來科學(xué)發(fā)展是否能走到舞臺中央。最終你在國際舞臺上的領(lǐng)先地位，靠的是在最核心、最困難、最重大的科學(xué)問題上領(lǐng)先。目前為止，中國還未在最關(guān)鍵、最難、最核心的科學(xué)領(lǐng)域打過攻堅戰(zhàn)。”

◎ 來源|綜合微信公眾號“ DeepTech深科技”、科技日報