中国科学巨大跨越——超大型对撞机建成将改变粒子物理学

       

       中国国家主席习近平访美是全世界认识中国科研贡献的绝佳时机，这将进一步促进中美在科研领域，尤其是粒子物理学研究的深入合作。

 

       2012年，欧洲大型强子对撞机上发现了希格斯粒子，开启了高能物理研究的新纪元。它验证了40多年前粒子物理标准模型中关于希格斯玻色子的预言，希格斯玻色子是标准模型的关键。然而，这一发现依然留下许多悬而未决的问题。其中包括希格斯玻色子的质量和亚原子间相互作用力的统一，以及量子引力的相关问题，科学家们只有解决这些问题才能真正了解宇宙起源。

 

       大型强子对撞机（LHC）由欧洲核子研究中心（CERN）建造并运行，它将对探索这些科学未解之谜提供一些重要的线索。但是，要想解决一些更深层次的问题仍需依赖更强大的科学装置。下一个科学发现会在哪里发生？美国、欧洲和日本是传统的粒子物理研究中心，那里的科学家们在此从事着激动人心的研究项目并提出新的研究计划。不过，如今，一位新人加入了竞技，它就是——中国。

 

       1976年，邓小平推行改革开放，从此，中国步入了经济快速发展的轨道中。对此，大家并不陌生。但很多人也许并不知道，邓小平还极大地推动并支持中国粒子物理事业的发展，促使北京正负电子对撞机在1983年获批，并于1988年竣工投入运行。

 

       在过去的将近三十年里，粒子物理研究在中国有条不紊地发展着。而在近几年，中国的粒子物理研究大踏步前进。2012年3月，大亚湾中微子实验首次测量到中微子振荡几率，引起了全球科学界的强烈反响和广泛关注。大亚湾中微子核反应堆实验地址位于中国南部，是中美合作的科研项目。

 

       如今，在大亚湾实验项目的首席科学家王贻芳领导下，提出了雄心勃勃的中国下一步粒子物理研究的长远规划。规划中，包含了被称之为“超大型对撞机”的建设。这个加速器将于本世纪二十年代进行极高能量的正负电子对撞，从而能远比CERN的大型强子对撞机更细致地揭示希格斯粒子的性质。在本世纪三十年代，其目标是再次实现高能质子对撞，其能量远远高于LHC的最高能量，用以挑战人们现有的认知和探索未知。

 

       中国会建设该项目吗？我们无从知晓。在不久的将来会有初步的重要决定。

 

       这项为期三十年的项目预算为几十亿美元，但与此同时，收益也是巨大的。中国将可能因此项目一跃成为世界重要前沿基础学科的领头羊。更为实际的好处是，通过建造如此庞大的对撞机，中国将在尖端科技中取得长足进步和发展，从超导磁体到高速电子学读出的探测器，从而吸引世界顶尖级科学家和技术人员来到中国。

 

       对美国来说，参与这一项目也是极为有益的。目前，美国高能物理项目的研究重心集中在探索难以捉摸的中微子的性质，并没有建造大型对撞机的计划。但是，许多美国的高能物理领域的实验物理学家们目前正在CERN工作。大量的美国加速器物理方面的优秀人才能够参与这一项目并从中受益。

 

       中国超大型对撞机的建设吸引着美国和世界其他国家的科学家们通力合作，这又带来了另一个好处——增进理解，建立信任。中美之间寻找合作和协作之路至关重要，国际大型装置无疑是这类合作的绝佳之选。

 

       CERN成立于1954年，吸引着全世界的科学家们到此工作。二战后，CERN在促进欧洲社会和谐发展方面发挥着重要作用。美国与前苏联的物理学家在科研领域的交流与联络缓和了两个超级大国之间的紧张关系。随着中国的崛起，中美在超大型对撞机上的科研合作也会发挥类似的作用，从而避免引起商业或者军事的摩擦。

 

       我们希望看到中国能进一步推动该项目，同时，为了科学和全人类的共同利益，我们呼吁美国参与这一项目并做出贡献。

 

       编者注 戴维·格罗斯是美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校物理学教授、2004年诺贝尔物理学奖获得者。爱德华·威滕是普林斯顿高等研究院教授、美国国家科学奖章获得者。本文译者为中国科学院高能物理研究所江亚欧。