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中國環形正負電子對撞機CEPC:一旦建成 將成為世界最前沿

發布時間:2022-05-20 11:04:26      點擊次數:96

2012年,歐洲核子研究組織(CERN)宣布大型強子對撞機(LHC)發現了“上帝粒子”——希格斯粒子,將其預言者送上了2013年諾貝爾獎領獎臺, 并隨之開啟了粒子物理學研究的新時代——全球多個基于加速器的高能量前沿實驗裝置相繼建立并成為粒子物理研究的發展趨勢。


  2012年9月,中科院高能物理研究所也提出建造下一代環形正負電子對撞機(CEPC),并適時改造為高能質子對撞機(SppC)的方案。


  2016年8月1日,“國際弦理論大會”在清華大學拉開帷幕,國際頂尖理論物理學家齊聚一堂,探討物理研究的前沿問題,并就中國CEPC項目的科學價值及發展前景等問題接受了《中國科學報》記者的采訪。


  如果不能發現新粒子


  按照規劃設想,CEPC將是一個長達50公里~70公里的環形加速器,可以產生大量希格斯粒子,以便科學家對希格斯粒子及其他標準模型粒子進行精確測量研究。當然,科學家更期望在實驗的高能區發現新物理(新粒子或新現象)。


  然而,如果CEPC實驗裝置不能發現新粒子,是否意味著CEPC沒有完成科學目標呢?采訪中,專家對此作出了回應。


  “實際上,對希格斯粒子本身的精確測量就具有非常重要的科學價值?!敝Z貝爾獎獲得者、美國粒子物理學家David Gross告訴記者,當然實驗中也可能發現新的粒子。


  據了解,為描繪粒子物理下一步的發展方向,理論物理學家做了大量的工作,而對CEPC項目而言,“即使沒有發現新粒子,也相當于排除了相應區域”,哈佛大學物理系教授Cumrun Vafa告訴記者,這其中,中國科學家和工程師在建造這一裝置過程中所付出的努力,對中國科學發展具有重要意義。因而,在他看來,“沒有發現新粒子,并非意味著失敗”。


  除此之外,對撞機可以幫助科學家去理解小尺度物質結構,更好地理解時間、空間概念,而宇宙學、暗物質等未來研究的理論設想,都需要在實驗中進行進一步的驗證,“這也是我們進一步努力的原因?!逼樟炙诡D高等研究院院長Robbert Dijkgraaf說。


  標桿式科學項目


  “基礎研究的價值,不能直接用商業價值來衡量?!闭劦紺EPC項目的價值時,David Gross如是說。


  他告訴記者,CEPC一旦建成,將是世界上體量最大的環形正負電子對撞機。它雖無法像醫療、制藥等領域能夠直接產生商業、社會價值,卻會伴隨出現許多技術副產品,進而影響人們的生活。


  “基礎研究會間接推動技術發展?!盌avid Gross說,“雖然對當前科技發展沒有直接推進作用,但它的間接作用將比直接作用更具影響力?!?/p>


  在專家看來,對于最基本的自然問題的追逐是非常美妙的,它將產生許多讓人意想不到的結果,“激光、核磁共振等,都是基礎研究產生副產品的很好案例?!盌avid Gross補充道。


  采訪中,多位科學家表示對CEPC項目可能產生的標桿式示范效應十分期待,如美國理論物理學家Edward Witten評價CEPC時所說,“裝置一旦建成,將毫無疑問成為全世界最前沿的對撞機,并將在未來幾十年內引領世界?!?/p>


  正因為它所代表的前沿地位,讓哈佛大學教授丘成桐對中國教育和千萬中國父母產生的積極影響十分看好。


  “讓孩子接觸到世界一流的科學裝置,是一件十分有意義的事?!鼻鸪赏┍硎?,過去一段時間,中國有許多中學生走出國門到歐美發達國家求學。而CEPC項目一旦建設成功,就會給中國父母和孩子以信心,讓他們相信國內也能做出先進的科學成果,進而吸引更多優秀的年輕人來學習科學。


  國際合作意義重大


  粒子物理研究是一個十分開放的科學領域,并且擁有良好的國際合作傳統。


  “高能物理領域的國際合作非常廣泛,這是一個非常好的傳統?!币蚨鳧avid Gross希望,在這一項目的推進過程中,中國、美國、歐洲等國和地區的科學家要積極合作。


  采訪中,專家對中國經濟發展及其可能為科學研究提供的長遠支持表示樂觀。但他們也強調,一個國家承擔這樣的大科學項目并不現實,必須通過國際合作來降低時間、空間成本,才能有效推進項目的進程。


  據介紹,當前對第一階段CEPC的建設,中國有一定的基礎,也有信心能夠完成。而升級為質子對撞階段,國內外相關技術還需一段時間的發展,目前尚不具備。


  值得高興的是,這一項目在美、歐等國和地區獲得了廣泛的支持?!懊绹?、歐洲的物理學家都對這個項目表示支持?!鼻鸪赏┛隙ǖ馗嬖V記者。


  采訪中,專家對CEPC項目的未來十分期待,他們堅信這樣的大科學項目將對中國科學發展具有非凡意義。


  因為,伴隨該項目的推進,中國不但可以成為相關領域的領跑者,還可以借助項目吸引大批世界頂尖科學家到中國交流工作,甚至扎根中國,這將對中國科學發展產生巨大而深遠的影響。


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