王貽芳：物理學(xué)正處于拐點(diǎn) 超大對撞機一定要建

　　序言：未來(lái)的世界，是科技在改變生活;未來(lái)的中國，科技在重塑增長(cháng)。2017年伊始，網(wǎng)易科技聯(lián)合“未來(lái)論壇”推出“十大頂尖科學(xué)家預言未來(lái)”系列策劃，獨家專(zhuān)訪(fǎng)了人工智能、生命科學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)等近十大領(lǐng)域最頂尖的華人科學(xué)家，傾聽(tīng)他們對未來(lái)的預言。在這些預言的背后，他們憑借著(zhù)自己的深厚學(xué)識，發(fā)出對人類(lèi)未來(lái)的期盼之聲。

　　“預言未來(lái)”的第三期，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院高能物理研究所所長(cháng)王貽芳。

　　他是誰(shuí)：王貽芳，中國科學(xué)院高能物理研究所所長(cháng)。1984年畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，曾師承著(zhù)名物理學(xué)家丁肇中，專(zhuān)門(mén)研究高能粒子。2001年，38歲的王貽芳放棄了美國斯坦福大學(xué)的工作回國。2012年3月8日，王貽芳團隊實(shí)驗測得新的中微子振蕩模式，該實(shí)驗曾入選2012年年末美國《科學(xué)》評選的“2012年十大科學(xué)進(jìn)展”。

　　2012年，以王貽芳為代表的科學(xué)家提出在中國建造超大對撞機，這一提議受到知名物理學(xué)家、諾貝爾獎得主楊振寧的極力反對。今年9月，就這一預計將花費上千億人民幣的大項目，楊振寧和王貽芳在輿論上掀起公開(kāi)論戰。

　　預言：超大對撞機的建造，將使中國高能物理研究走在世界前列。未來(lái)30—50年，必將產(chǎn)生極具價(jià)值的科研成果。

　　物理學(xué)正處在轉折點(diǎn)上

　　這正如十九世紀，牛頓的經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋的電磁學(xué)理論已經(jīng)完美解釋了宏觀(guān)物體的運動(dòng)規律。但二十世紀初人們發(fā)現，在微觀(guān)領(lǐng)域，有些現象是牛頓力學(xué)解決不了的，量子力學(xué)和相對論的誕生完全刷新了人們對物質(zhì)世界的認知，刷新了人們的世界觀(guān)。

　　現在，上帝粒子——希格斯粒子(Higgs particle)就是這樣的“不和諧”因素。物理學(xué)“標準模型”中存在的問(wèn)題，大部分與希格斯粒子有關(guān)。對希格斯粒子的研究，有可能極大地改變人類(lèi)對宇宙的認識，甚至顛覆人類(lèi)對現有世界的認識。

　　2012年，希格斯粒子被發(fā)現之后，對如何進(jìn)行下一步研究，高能物理學(xué)界便開(kāi)始了對未來(lái)研究方向的討論。2016年9月，著(zhù)名物理學(xué)家、諾貝爾獎得主楊振寧和中國科學(xué)院高能物理研究所所長(cháng)王貽芳在媒體上對于中國是否應當建“超大對撞機”的公開(kāi)爭論，便與此密切相關(guān)。

　　新年伊始，我們對處于輿論漩渦中的王貽芳進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)，這也是他在爭論過(guò)后，首次對媒體再談高能物理學(xué)的未來(lái)發(fā)展趨勢。

　　高能物理學(xué)又稱(chēng)粒子物理學(xué)或基本粒子物理學(xué)，它是物理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，研究比原子核更深層次的微觀(guān)世界中物質(zhì)的結構與性質(zhì)，和在很高的能量下，這些物質(zhì)相互轉化的現象，以及產(chǎn)生這些現象的原因和規律。對物質(zhì)結構的研究，使人類(lèi)從分子、原子走向基本粒子，其影響不可估量。

　　這一學(xué)科看似“高冷”，卻與我們每個(gè)人的生活無(wú)比切近。比如我們現在使用的觸摸屏、WWW網(wǎng)、今天在醫院里的很多檢查與治療(MRI，PET, 癌癥的放射性治療等)都與高能物理學(xué)息息相關(guān)。

　　未來(lái)，高能物理還會(huì )帶我們走向哪里?

　　“發(fā)現新物理最重要的窗口”

　　網(wǎng)易科技：超大對撞機為什么這么重要?為什么一定要建?

　　王貽芳：現在物理學(xué)的發(fā)展正處在一個(gè)轉折點(diǎn)上，標準模型中存在的問(wèn)題，大部分與希格斯粒子相關(guān)。高能物理學(xué)的研究要想深入，必須對這個(gè)粒子有清晰的認識。這是最重要的、繞不過(guò)去的問(wèn)題，它會(huì )深化、甚至有可能顛覆我們對物質(zhì)世界的認知。

　　要研究這個(gè)粒子，就需要建立超大對撞機，因為現有的對撞機都無(wú)法滿(mǎn)足能量或亮度要求。這就像觀(guān)測細菌必須要使用顯微鏡一樣，它是一個(gè)工具。超大對撞機其實(shí)就是一個(gè)“工廠(chǎng)型”加速器，之前我們用這種方式對粒子進(jìn)行研究，都取得了成功。

　　網(wǎng)易科技：您有沒(méi)有想過(guò)失敗的可能性?如果萬(wàn)一沒(méi)有做出成果，會(huì )怎樣?

　　王貽芳：這個(gè)問(wèn)題很多人也問(wèn)。我們這個(gè)實(shí)驗分兩步，我認為是比較穩妥的：第一步是建立電子對撞機，第二步是建立質(zhì)子對撞機。建設風(fēng)險是沒(méi)有的，因為建造對撞機技術(shù)上沒(méi)問(wèn)題，造價(jià)即使超出預算，也會(huì )在20%以?xún)?，沒(méi)有問(wèn)題。成果風(fēng)險，我認為也很小。這是未來(lái)發(fā)現新物理最重要的窗口，我們總會(huì )得出一些有價(jià)值的結論，無(wú)論它與我們的預想是否一致。因為現在的標準模型中的很多問(wèn)題都與希格斯粒子相關(guān)，這個(gè)問(wèn)題我們繞不過(guò)去，必須要對它進(jìn)行研究。

　　科學(xué)發(fā)展的“領(lǐng)頭羊”

　　網(wǎng)易科技：高能物理現在處于怎樣的發(fā)展階段?未來(lái)發(fā)展趨勢是怎樣的?未來(lái)5—10年會(huì )產(chǎn)生什么樣的突破?

　　王貽芳：物理學(xué)現在其實(shí)是處在一個(gè)轉折點(diǎn)上，它未來(lái)應該朝什么什么方向走，目前正在討論當中，這也是楊振寧先生和我的意見(jiàn)不完全一致的原因。

　　2012年之前，希格斯粒子還沒(méi)找到，所以還談不到對它進(jìn)行研究，但是2012年之后，就必須要解決這個(gè)問(wèn)題。我認為，高能物理學(xué)未來(lái)的核心問(wèn)題，就是要對希格斯粒子進(jìn)行研究。目前，對物質(zhì)內在結構的解釋是“標準模型”，這個(gè)模型需要更深層次的研究和更加統一的公式。這個(gè)實(shí)驗要出成果，大概在未來(lái)的30—50年，5—10年這么短的時(shí)間恐怕還不會(huì )。

　　現在，包括美國、日本、歐洲的很多國家都想建超大對撞機來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題，大家都想搶這個(gè)。但是他們一時(shí)建不起來(lái)，有各種各樣的原因，比如美國是由于政治因素，而我們國家正好有這個(gè)體制優(yōu)勢。

　　網(wǎng)易科技：楊振寧先生建議的兩個(gè)方向——尋找新加速器原理、尋找美妙的幾何結構，不是高能物理的核心問(wèn)題嗎?

　　王貽芳：這些也是有待研究的問(wèn)題，新加速原理離實(shí)際突破和應用還有很長(cháng)的路要走，尋找美妙的幾何結構離實(shí)際就更遠了。有少部分人從事這些方向的研究可以，但不可能是主流。中國在“認識世界”這件事上應當走在世界前列，不能老跟在別人屁股后面。建立超大對撞機，對希格斯粒子進(jìn)行研究，就是這樣一個(gè)機會(huì )，就看我們上不上了。

　　我們中國人做事總是要問(wèn)“有什么用”，實(shí)用主義傾向比較嚴重。很多時(shí)候，基礎研究不是馬上就能應用在現實(shí)當中出產(chǎn)品的，但是它會(huì )刷新我們對世界的認知，它是有引領(lǐng)作用的。在最近幾百年當中，對物質(zhì)結構的研究，一直是科學(xué)發(fā)展的“領(lǐng)頭羊”。因為我們生活在一個(gè)物質(zhì)世界，對物質(zhì)結構的認知是我們對自己生存環(huán)境最本質(zhì)規律的認知。

　　網(wǎng)易科技：您的研究思路受到諾貝爾獎得主楊振寧先生的挑戰，您是如何在這樣的壓力下作決策的?

　　王貽芳：你如果堅信你做的是對的，你就會(huì )有力量。這件事是高能物理目前最核心的問(wèn)題，我們必須去面對。也有信心完成。沒(méi)有一個(gè)人會(huì )把自己的生命浪費在一件他認為會(huì )注定失敗的事情上面。

　　我們的研究其實(shí)是分兩個(gè)階段，前一階段是電子對撞機，后一階段是質(zhì)子對撞機。前一階段結束后，根據拿到的結果，再考慮如何進(jìn)行后一階段。但是因為這些實(shí)驗是比較長(cháng)時(shí)間的，有延續性的，我們在進(jìn)行第一階段的設計時(shí)，就要考慮到第二階段，這樣可以避免到時(shí)產(chǎn)生不必要的浪費和重復建設。

　　但是，現在楊先生否定了第二階段，并以此來(lái)否定第一階段，我覺(jué)得這個(gè)思路有問(wèn)題。。

　　預言者簡(jiǎn)介：

　　王貽芳，1984年畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，現任中國科學(xué)院高能物理研究所所長(cháng)。

　　他曾師承著(zhù)名物理學(xué)家丁肇中，專(zhuān)門(mén)研究高能粒子。2000年，王貽芳入選中國科學(xué)院“引進(jìn)國外杰出人才”，2001年12月回國，擔任中國科學(xué)院高能物理研究所一名普通的研究員。

　　2012年3月8日，王貽芳團隊實(shí)驗測得新的中微子振蕩模式，該實(shí)驗曾入選2012年年末美國《科學(xué)》評選的“2012年十大科學(xué)進(jìn)展” 。

　　他提出建造一座周長(cháng)50-100千米的環(huán)形粒子對撞機，超越歐核中心周長(cháng)27千米的大型強子對撞機(LHC)，并借此將中國推向粒子物理研究的第一線(xiàn)。

　　未來(lái)論壇背景背景：未來(lái)論壇由科學(xué)界、教育界、互聯(lián)網(wǎng)界、投資界領(lǐng)袖于2015年之初發(fā)起，商學(xué)跨界科學(xué)傳播公益平臺，是中國以民間資本激勵科學(xué)突破的“推動(dòng)人”。未來(lái)論壇至今已形成未來(lái)科學(xué)大獎、理解未來(lái)講座、閉門(mén)耕研討會(huì )和未來(lái)論壇年會(huì )等系列活動(dòng)。