本文来自：我是科学家iScientist（ID：IamaScientist），作者：王贻芳

大型对撞机究竟该不该建？“我们情愿把20年一切人的钱集合在一个装配上，以是发作的效益比分红100个研讨要高。”大型对撞机是物理学家须要的科学装配，也是通往“明白天下和宇宙的纪律”这一人类终究题目的门路。中国科学院院士，中国科学院高能物理研讨所所长王贻芳院士为人人带来演讲《为何我们须要一个大型对撞机？》

以下为王贻芳演讲实录：

我是王贻芳，来自中科院高能物理研讨所。我研讨的范畴叫粒子物理，也叫高能物理。

曩昔讲故事，开首会讲：良久良久以前，盘古开寰宇。

当人类文化成长到肯定程度，我们就会问：宇宙是甚么样的？物资是甚么样的？

2000多年前，希腊人就最先思索这些题目了。关于空间，关于物资，他们有许多设法主意。虽然，这些设法主意可以或许跟如今的科学明白不太一样，但现实上，2000多年前他们能提出这些头脑，是异常了不得的，透露表现事先他们的文化到达了异常高的程度。

中国也有，险些和希腊同时，我们的老子、庄子、左丘明都对宇宙、物资提出了许多思索。

然则，真正的科学，实际上是从300多年前最先——从原子论、分子论，一直到元素周期表，到原子核、夸克。原子核跟夸克是上一个世纪提出的，约莫有快要一百年的汗青。

我们全部的科学生长，从原子到原子核到核子到夸克，每个条理实际上都带来了雄厚的科学学问、科学效果。

在曩昔的300多年，我们的科学研讨生长，跟我们对物资天下“最素质的研讨”相关联。若是没有如许的寻求，也许科学也不会生长到如许的程度。现实上，从50年代以来，约莫1/3的诺贝尔物理学奖颁给了粒子物理的研讨。

我们怎样做物资最来源根基的构造研讨？

人人可以或许都用过显微镜，最早我们用眼睛看，用的是光波；然则若是想看的器械比光的波长还要小，就看不到。怎样办？我们用电子显微镜，由于电子的波长比光子要小得多。再小一点怎样办？我们须要用加快器把电子或质子的能量加快到很高的程度。能量越高，能看到的物资构造越小。

以是研讨高能物理或许说粒子物理，到末了就是想尽一切设施，把探针，也就是我们的电子或许质子，加快到异常异常高的能量。

在曩昔的几十年中，粒子物理有了异常胜利的生长。上面这张照片，红线的表面是欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）27千米周长的加快器。

LHC地下实际上是一个隧道，隧道中有两个对撞点。中心这张图所示的是一个大型探测器，也就是“眼睛”。把质子加快到异常高的能量，让它跟别的一个质子对撞，就可以或许用谱仪看到质子内部的构造。

经由几十年的研讨，终究我们对全部物资天下有了异常清晰的相识。就像元素周期表有一百多个元素一样，物资的最深条理，有16种基本的粒子。个中，有6个是夸克（Quarks），有6个是轻子（Leptons）；除此以外，另有右侧这4个相互作用粒子（Forces）。

这内里，有些粒子跟我们的一样平常生涯密切相关，好比说，通报电磁相互作用的就是光子；我们天天的一样平常生涯都跟电子打交道。实在，这16种基本粒子以外，另有一个异常新鲜的粒子，就是最中心的希格斯玻色子（Higgs粒子，后用英文透露表现），它给了一切粒子质量。

我们形貌基本粒子相互作用的方程式，有一个基本的请求：一切的这些粒子必需是没有质量的。但这明显跟试验现实相违犯，由于我们晓得电子、夸克、相互作用粒子等等都是有质量的。

那怎样办？

有一个很新鲜的理论：粒子本来是没有质量的，但跟充溢宇宙空间的Higgs粒子发作相互作用今后，后天获得了质量。这就是全部基本粒子的“规范模子（SM）”。我们如今都是在这个框架下做研讨，来探讨物资最来源根基的构造和学问。

Higgs粒子是一种异常新鲜的粒子。上世纪60年代被提出来时，实在许多人不置信，但终究科学家们在2012年欧洲核子研讨中心（CERN）的加快器和探测器里看到了这个粒子。发明Higgs粒子机制的科学家彼得·希格斯（Peter Higgs）师长教师，获得了2013年的诺贝尔物理学奖。

看起来，粒子物理规范模子好像是完整了，但现实上另有许多题目。好比说，Higgs粒子给了别的16种粒子质量，但它本身的质量哪来的？

Higgs粒子的质量是125个GeV（eV是电子伏特，1GeV=10⁹eV）。依照如今的规范模子盘算，它是由两个大数减出来的，且这两个大数必需准确到10³⁴——天下上怎样会有这么巧的事变？以是这是一个异常不天然的理论，是粒子物理规范模子一个最大的题目。

要处理这个“天然性”的题目，就须要有新的物理，必需出如今1到10的TeV之间。

粒子物理规范模子另有一个题目，如右侧这张图所示，横坐标是Higgs粒子质量，纵坐标是顶夸克（即Top夸克，六种夸克中最重的一种）质量。把这两者的质量画在一张图上今后，我们的试验丈量发明真空处在一个不稳固的状况：上面不稳固，下面稳固，中心是亚稳态。

很难设想，在不稳固的状况下，我们的宇宙会阅历138亿年到如今。以是这个理论明显有题目，我们以为：它相对不是一个终究理论。

另有许多其他的题目，好比中微子，包孕暗物资、反物资等，都没有设施在规范模子的框架傍边很好、很清晰、很正确地形貌出来。

以是这些题目通知我们，我们须要向下一步去走，要搞清晰粒子物理规范模子存在的题目，并终究处理这些题目。这些题目都跟Higgs粒子异常有关，以是我们须要建一个Higgs粒子工场，大批地发作Higgs粒子。准确地研讨Higgs粒子的性子，搞清晰粒子物理规范模子背地的题目，从而寻觅一个比现有的规范模子更深一个条理的题目的谜底，好比电子是否是真的另有一个更深条理的构造？

这个加快器我们把它叫做“环形正负电子对撞机（CEPC，后用英文透露表现）”，它的周长有100千米。

为何我们做如许一个器械？为何须要这100千米？

在欧洲核子研讨中心，Higgs粒子已被看见了，我们可以或许做Higgs粒子性子的研讨。但题目在于，看左侧这张图，如今的大型强子对撞机，研讨Higgs粒子的性子只能到约莫10%的精度（图中灰色局部）。10%，在新物理的能标相当于1个TeV摆布。若是可以或许进步精度到10倍，就可以或许把能标进步到10个TeV，就可以处理适才提到的天然性的题目。

以是我们须要一台能发作充足量Higgs粒子的新机器，使丈量可以或许到达1%的精度，从而摸到上限、把新物理给找出来。同时这个加快器会是天下上能量最高、通量最大的同步辐射光源，以是它的用途异常普遍。

高能物理另有许多作用。它可以或许资助我们探访天下的素质，同时也可以或许作为同步辐射光源和其他的一些装备。我们研制的乳腺PET（正电子发射盘算机断层显像，是核医学范畴比较先进的临床搜检影象手艺）、PET和辐照加快器（发作的高能电子束照耀可以使一些物资发作物理、化学和生物学效应，从而能有效地杀灭病菌、病毒和害虫），都邑有异常多的孝敬，造福人类。

回过头来，一个100千米的加快器，它详细有甚么用途？

它牵扯的专业范畴约莫有二三十个门类：它须要天下上最高精度的机器、最高程度的真空、最好的电子、最快的自动控制系统。这些末了都邑使得我们国度，或许说产业和硬科技的才能更上一层楼，真正做到国际抢先。

一个科学上抢先的装配，它在手艺上肯定是抢先的。以是，把这个装配造出来，就会使我们的手艺走到国际最前沿。现实上，我们国内的加快器现在范围还比较小，如今另有一些手艺空缺，科学和手艺都还没有到达天下最抢先的程度。

若是要做天下上最抢先的加快器，那这些空缺都邑被弥补，好比超导高频腔微波功率源、低温制冷、抗辐照集成电路芯片、超导磁铁等等。同时，大范围的建立也会使我们的企业不光能完成对我们本身的装备供给，还可以或许占据国际市场。

除此以外，它还可以或许引领关键手艺的打破。我们如今正在做的一件事变，就是愿望把如今试验室里最多做到指甲盖巨细的高温超导资料，做成几千千米、几万千米的高温超导导线。

现在，在科技部（中华人民共和国科技部）、基金委（国度天然科学基金委员会）、科学院（中国科学院）、北京市各方面支撑下，我们正在做这些关键手艺的预研。我们置信，经由5年、10年的研讨——高温超导可以或许须要20年的研讨——我们会把如今试验室的这些手艺推广到大型的科学装配上去，然后经由过程大型科学装配的引领，把它推向社会的各个方面。

我们置信，如许一个装配对中国科学生长是一个严重的时机。

起首，它有严重的科学意义，适才已说过了。

其次，它能改良我们的国际环境，能使中国跟国际上有更好的交换，让中国的国际形象越发嵬峨、对人类文化有更大的孝敬。

同时，依据国际上大批的研讨，如许一个大型加快器，一样平常来讲投入产出比也许在1:3摆布，是完整值得的。

末了，做这个大科学装配，我们有体系体例上的上风。我们置信它作为一个国度的科学手艺研讨中心，对处所的社会经济生长、人材引进和造就国际化的体系体例建立等等，都邑有异常主要的作用。

对我们来讲，窗口时刻应该是10年：依照如今异常激进的设想，2022年最先建立，2030年完成。我们的合作对手欧洲核子研讨中心，在往年的1月15号宣布了他们的设想，险些跟我们完整一样：2030年最先建立，2040年建成。

这就是我们现在面对的一个国际形势：我们有无可以或许、有无胆子介入国际最前沿的科学和手艺方面的直接合作，并可以或许在这件事变上完成国际引领。我们愿望它成为一个中国提议的国际大科学装配。

这是我们的看法设想申报的发布会。国际上相似的装配一共有四个：两个直线对撞机，两个环形对撞机。我们做的是个中的一个环形对撞机，欧洲核子中心有一个直线对撞机、一个环形对撞机，别的日本有一个直线对撞机。我们愿望中国在这一次可以或许在时刻上抢先。

人人都说这器械很贵，阻挡的人可以或许都是由于钱。以是我想给人人算一笔账，为何说这件事变是可以或许做的？

这张图是国际上已有的加快器的造价占昔时GDP的比例。中国在1984年建立了北京正负电子对撞机（BEPC），造价占昔时GDP的0.01%。美国做超导超等对撞机（SSC）的时刻，也占0.01%。欧洲核子研讨中心在80年代做了大型正负电子对撞机（LEP），27千米，占0.02%。发明了Higgs粒子的大型强子对撞机（LHC），占0.03%。我们若是要做CEPC，在2020年建立，将占昔时的GDP的0.005%。

CEPC如今总造价是360亿人民币。

为何看起来费钱许多？

由于特别。我们情愿把20年一切人的钱集合在一个装配上，以是发作的效益（赢利指数PI=投产后各年净现金流量的现值算计/原始投资的现值算计）比分红100个研讨要高。

科学院的人均经费约莫每人每年100万。我们算一下，建立 CEPC装配，360亿除以3000人除以20年，获得每人每年60万；再加上工资、运转、研讨40万摆布。若是按范畴均匀，如今基本研讨经费有900亿，除以6个范畴，数理化寰宇生。

我们在物理傍边若是只占1/5，一年也有30亿。以是人人可以或许看到，我们建如许一个装配，能用20年，投入不算多，不凌驾国内一样平常程度。这是我们高能物理作为一个主要的基本科学研讨范畴应得的钱，是我们特有的研讨情势。以是，托付人人支撑我们做如许一个装配。

2008年的北京奥运会，人人可以或许对开幕式印象很深，我们有造纸、羊毫、活字印刷，另有太极，异常震动。而2012年的伦敦奥运会，开幕式拿出来的是原子核，万维网的发明人、欧洲核子研讨中心的伯纳斯·李师长教师。

从中可以或许看到差异：我们的将来应该在科技，我们不克不及躺在前人的成就上，永久沉溺个中，而是应该有新的器械。

中国如今的大科学装配，数目许多。500米口径球面射电千里镜“天眼”（FAST）10亿人民币，中国散裂中子源（CSNS）20亿人民币，北京正负电子对撞机8.8亿人民币。

而欧洲的大型强子对撞机（LHC）项目55亿欧元，发明引力波的激光过问引力波天文台（LIGO）20亿美圆，美国在南极冰立方中微子千里镜（IceCube）10亿美圆，我们整体的范围差了10倍，我们的国际抢先性不敷，在于老说大科学装配贵——实在，我们做许多小型的，不如建一个大型的。

CEPC还可以或许把告白打到全球。

这张照片是我在深圳机场拍的，华为说它对天主粒子的发明有孝敬。我置信，若是我们本身有一个Higgs工场，会有上百个企业说“我对中国的Higgs工场做了孝敬”。

感谢人人。

*文章为作者自力看法，不代表虎嗅网态度

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