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    引力波探測元老力挺對撞機:物理突破要靠大裝置

    類別:社會新聞發布人:聯迪發布時間:2016-11-16

    “我覺得我們LIGO的成果從科學價值來講絕對配拿諾獎?!?1月8日,在中科院高能物理研究所接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)的專訪時,LIGO核心成員巴里·巴里希(Barry Barish)充滿自信地說道。

    在今年的諾貝爾物理學獎頒獎中,此前大熱的引力波探測團隊未能獲獎。對此,巴里希解釋稱主要是時間問題,“我當然沒有什么資格對諾獎評委會說三道四。但從操作層面來說,提名確實到1月31號就截止了?!?

    現年80歲的美國實驗物理學家巴里希,是激光干涉引力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory,以下簡稱LIGO)的元老級人物。他在1994年成為LIGO首席研究員,并于1997年至2005年間擔任LIGO實驗組負責人。今年2月11日,在愛因斯坦廣義相對論提出百年之后,LIGO宣布成功探測到引力波這一“時空的漣漪”,震驚全球物理學界。

     


    LIGO位于華盛頓Hanford的觀測點。

    不過這次巴里希來到中國,并非為了LIGO,而是為了另一項近期引發國內外學界廣泛關注的大型實驗裝置:擬議中的中國“高能環形正負電子對撞機”(CEPC)。11月7日至8日,第二屆“高能環形正負電子對撞機”國際顧問委員會年會在中科院高能所召開。來自世界各地的18名國際知名科學家應邀與會,了解中方對對撞機目前的構想,從各自領域提出建議。作為LIGO和國際直線對撞機(ILC)設計團隊的前負責人、美國超導超級對撞機(SSC)的參與者,具有豐富科學工程經驗的巴里希是國際顧問委員會的成員之一?!八腔乖誒錈嬋崮亍?,當巴里希從會議室中途出來接受澎湃新聞的采訪時,他指了指緊密的會議大門說道,“具體我們這些外國顧問給王貽芳(中科院高能物理研究所所長)提了什么建議,我只能說暫時不便公開”。但是,巴里希表示很樂意與澎湃新聞分享他個人的一些看法和經歷。

     


    美國實驗物理學家巴里希是LIGO的元老級人物。圖中最右為巴里希。

    沒有大裝置,21世紀物理三大突破都難以實現

    巴里希向澎湃新聞舉了3個例子,說明國際化的大型實驗裝置在當代物理研究中的重要地位?!跋衷謔?016年了,我個人認為,在過去的15年,即21世紀以來,物理學界取得的三項最重大的突破是:發現中微子振蕩;發現希格斯玻色子;發現引力波?!閉餿畛曬鈧匾南嗤?,就是它們都是由大型實驗裝置投入大量經費和時間后取得的。中微子振蕩的發現背后是日本超級神岡探測器和加拿大薩德伯里中微子觀測站;希格斯玻色子的發現背后是歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC);引力波的發現背后是LIGO。

     


    日本超級神岡探測器

    “中國必須認識到,這是現在科研出成果的正確途徑:大裝置、國際化、大投入、長時間。如果中國想成為科研強國,必須要回過頭看看過去幾年這些最重要的成果是如何取得的,學習這些成功的例子?!?

    諾獎不應忽視實驗物理學家

    巴里希列舉了三項成果,前兩項已分別獲得了2015年和2013年的諾貝爾物理學獎。而在10月4號諾貝爾物理學獎得主揭曉之前,LIGO團隊一直是包括湯森路透在內的各大預測機構的最大熱門。對于諾獎終未花落LIGO,外界有一種猜測是因為LIGO宣布發現引力波時已經錯過了今年諾獎的提名截止時間,而另一種猜測是以希格斯玻色子的發現經過為例,認為諾貝爾獎評委會傾向于頒獎給理論工作者而非實驗工作者。

    2012年7月,歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)的兩個獨立項目組,超環面儀器(ATLAS)和緊湊繆子線圈(CMS)實驗,經過多年努力,分別發現了希格斯玻色子(即“上帝粒子”),填補了標準模型所缺失的這最后一片拼圖。但2013年,瑞典皇家科學院選擇將當年的諾貝爾物理學獎頒給理論上預測希格斯玻色子存在的比利時理論物理學家弗朗索瓦·恩格勒特和英國理論物理學家彼得·希格斯。

     


    歐洲核子中心的大型強子對撞機LHC

    “可是這回他們總不能把獎頒給愛因斯坦吧”,巴里希笑道,“而且我個人覺得他們當時只頒獎給理論工作者是個錯誤。CERN花了很多年在上面,很不容易。當然,我覺得從技術角度來講,我們LIGO做的工作比CERN更難?!?

    80歲的巴里希一直投身于實驗物理,他深刻明白大型實驗裝置的價值。這也是巴里希加入CEPC國際顧問委員會的主要原因?!拔銥梢運?,現在整個國際學界都非常熱心,非常支持。中國這個項目比歐洲的大型強子對撞機能量更高,能更進一步研究希格斯玻色子。這對中國粒子物理和世界粒子物理的發展都非常重要?!?

    親歷美國超級對撞機破產始末:美國政府換屆是主因

    “我讀過楊振寧的公開信,也讀過王所長的回應?!鋇北晃始笆欠窳私庵泄錮硌Ы綣賾詿笮投宰不钅康惱槭?,巴里??隙ǖ廝檔?。

    今年9月,著名物理學家楊振寧在微信公眾號《知識分子》上公開表態,“反對中國今天開始建造超大對撞機”,并羅列七條理由,王貽芳次日亦發表長文回應。而楊振寧列出的第一條理由就是美國建造大對撞機的痛苦經驗: 1989年美國開始建造當時世界最大的超導超級對撞機(SSC),預算開始預估為30億美元,后來數次增加,達到80億美元,引起眾多反對聲音,以致1992年國會痛苦地終止了此計劃,白費了約30億美元。這項經驗使大家普遍認為造大對撞機是進無底洞。

    巴里希當時是SSC其中一個項目經理,親歷了它從上馬到下馬的全部故事。盡管已是20多年前的事,但當澎湃新聞問起SSC時,巴里希的語氣仍然有些黯然:“失敗當然不可能歸因于一處。但是1992年的政府換屆肯定是主因?!?

    1992年,美國第41任總統老布什謀求連任失敗,民主黨總統候選人比爾·克林頓上臺。新政府在削減財政開支方面做出了大刀闊斧的改革。當科研經費大幅縮水,美國面臨在國際空間站和超導超級對撞機之間二選一的局面?!捌涫黨抖宰不筆痹諮Ы緄暮羯贍芨?。但是在政界是國際空間站的呼聲更高,畢竟當時已經和一些國家簽了協議了。最后他們選擇了國際空間站?!?

    坊間對這個項目也有一些廣為流傳的笑話,把它形容為“美國政府花了幾個億挖了一個坑,又花了幾個億把坑填上”。對此,巴里希無奈地表示:“雖然上屆政府已經花了20億,但換屆等于翻過了一頁。新一屆國會不對他們當選之前的開支負責,他們叫停項目,最終花了5億掩埋了設備?!?

    “當然,政治原因只是一個最大的借口。這不能掩蓋SSC本身的問題。這個項目太脆弱了,缺乏強有力的領導,經費預算一直在上升,我們對外承諾過這個項目要實現50%國際化,這也增加了脆弱性。要是SSC本身沒問題的話,政府可能會做出不一樣的選擇?!?

     


    美國超導超級對撞機(SSC)原址2008年景觀

    國際合作能讓中國大型對撞機從“非常非常困難”變成“非常困難”

    在巴里??蠢?,中國的大型對撞機項目如今也面臨著太多考驗。盡管SSC的國際化程度增加了它在美國國內的政治脆弱性,但國際合作對中國的大型對撞機項目來說非常重要。

    王貽芳此前向澎湃新聞透露,CEPC項目的預研工作已經開展,預研工作對立項及正式動工建造扮演重要角色。對于大型對撞機建造中關鍵的技術,王貽芳說,超導高頻加速腔、微波功率源、低溫制冷機等都還未被國內所掌握,“通過預研工作,解決這些核心的關鍵問題,使得我們將來的設備國產化率達到90%以上?!?

    巴里希也指出,中國現在非常需要相關領域的外國專家,尤其是歐洲核子研究中心的成員?!氨確剿?,其中一個關鍵點是讓機器在低溫狀態下運行。中國現在幾乎沒有能實現這點的低溫學專家,但CERN有很多?!?

    當然,巴里希也完全理解中方想要這個項目盡可能國產化的意愿:“按照計劃,這基本上會是一個中國國產項目。所以中國要把握國產化和國際化的平衡,盡量利用這10%的國際合作獲得國際專家的幫助。如果平衡把握得好的話,這項目能從‘非常非常困難’變成‘非常困難’”。

    有一些反對大型對撞機的學者認為,鑒于中國目前的粒子物理發展水平有限,即使中國成功建成大型對撞機,使用者可能大多數是歐美的科學家。

    對此,巴里希說道:“這可以是個很重要的問題,但也可以根本不是個問題。CERN的團隊里是來自世界各國的科學家,現在CERN最大的兩個實驗組,ATLAS和CMS,你很難說它們是德國的或者美國的。如果中國建成了大型對撞機,肯定會讓一些外國學者出成果,但是完全不用擔心功勞全被美國人搶走。CERN就不擔心。我還是要強調中國要看看世界上這些成功的范式,中國想獨立搞科研太難了?!?

    中國從未對國際直線對撞機表達興趣

    中國在國際科研合作方面一直進展緩慢。中國在十年前曾經想過加入LIGO項目,但因為種種原因,中國最終錯過了這一物理學界的里程碑成果。2月17日,高能所所長王貽芳在《人民日報》發表署名文章《我們為什么錯過引力波》,談到中國在推進LIGO項目等國際合作項目方面的困難。國際合作項目目前只能從科技部與基金委申請,最多4000萬元,國內與國際項目的總經費比例實際上不到9:1。

    在大型對撞機方面,國際上現在有一個擬議中的國際直線對撞機(ILC)大型合作項目。與大型強子對撞機(LHC)和中國計劃中的大型對撞機的圓形設計相比,直線對撞機從理論上可以延伸到到任意長度,擁有可調整的能量級。日本目前最有可能成為該項目的落戶地。

    巴里希曾任國際直線對撞機全球設計團隊的負責人。他介紹說:“我們在近三年前向日本政府提交了一份具體的實施方案——中國大型對撞機離出臺具體實施方案還要很多年吧——日本政府還在從各方面詳細審核,預計還要起碼一年的時間?!?

    當被問及中國是否曾對國際直線對撞機表達興趣時,巴里希給出了否定的回答:“從未?!?

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