王貽芳：物理學(xué)正處于拐點(diǎn) 超大對撞機(jī)一定要建

　　序言：未來的世界，是科技在改變生活;未來的中國，科技在重塑增長。2017年伊始，網(wǎng)易科技聯(lián)合“未來論壇”推出“十大頂尖科學(xué)家預(yù)言未來”系列策劃，獨(dú)家專訪了人工智能、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，傾聽他們對未來的預(yù)言。在這些預(yù)言的背后，他們憑借著自己的深厚學(xué)識，發(fā)出對人類未來的期盼之聲。

　　“預(yù)言未來”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王貽芳。

　　他是誰：王貽芳，中國科學(xué)院高能物理研究所所長。1984年畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，曾師承著名物理學(xué)家丁肇中，專門研究高能粒子。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(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)測得新的中微子振蕩模式，該實(shí)驗(yàn)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(jī)，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(yù)計(jì)將花費(fèi)上千億人民幣的大項(xiàng)目，楊振寧和王貽芳在輿論上掀起公開論戰(zhàn)。

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

　　物理學(xué)正處在轉(zhuǎn)折點(diǎn)上

　　這正如十九世紀(jì)，牛頓的經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋的電磁學(xué)理論已經(jīng)完美解釋了宏觀物體的運(yùn)動規(guī)律。但二十世紀(jì)初人們發(fā)現(xiàn)，在微觀領(lǐng)域，有些現(xiàn)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(rèn)知，刷新了人們的世界觀。

　　現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)模型”中存在的問題，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?nèi)祟悓τ钪娴恼J(rèn)識，甚至顛覆人類對現(xiàn)有世界的認(rèn)識。

　　2012年，希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)之后，對如何進(jìn)行下一步研究，高能物理學(xué)界便開始了對未來研究方向的討論。2016年9月，著名物理學(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王貽芳在媒體上對于中國是否應(yīng)當(dāng)建“超大對撞機(jī)”的公開爭論，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)行了專訪，這也是他在爭論過后，首次對媒體再談高能物理學(xué)的未來發(fā)展趨勢。

　　高能物理學(xué)又稱粒子物理學(xué)或基本粒子物理學(xué)，它是物理學(xué)的一個分支學(xué)科，研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，和在很高的能量下，這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，以及產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因和規(guī)律。對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，使人類從分子、原子走向基本粒子，其影響不可估量。

　　這一學(xué)科看似“高冷”，卻與我們每個人的生活無比切近。比如我們現(xiàn)在使用的觸摸屏、WWW網(wǎng)、今天在醫(yī)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，高能物理還會帶我們走向哪里?

　　“發(fā)現(xiàn)新物理最重要的窗口”

　　網(wǎng)易科技：超大對撞機(jī)為什么這么重要?為什么一定要建?

　　王貽芳：現(xiàn)在物理學(xué)的發(fā)展正處在一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，標(biāo)準(zhǔn)模型中存在的問題，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，必須對這個粒子有清晰的認(rèn)識。這是最重要的、繞不過去的問題，它會深化、甚至有可能顛覆我們對物質(zhì)世界的認(rèn)知。

　　要研究這個粒子，就需要建立超大對撞機(jī)，因?yàn)楝F(xiàn)有的對撞機(jī)都無法滿足能量或亮度要求。這就像觀測細(xì)菌必須要使用顯微鏡一樣，它是一個工具。超大對撞機(jī)其實(shí)就是一個“工廠型”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：您有沒有想過失敗的可能性?如果萬一沒有做出成果，會怎樣?

　　王貽芳：這個問題很多人也問。我們這個實(shí)驗(yàn)分兩步，我認(rèn)為是比較穩(wěn)妥的：第一步是建立電子對撞機(jī)，第二步是建立質(zhì)子對撞機(jī)。建設(shè)風(fēng)險是沒有的，因?yàn)榻ㄔ鞂ψ矙C(jī)技術(shù)上沒問題，造價即使超出預(yù)算，也會在20%以內(nèi)，沒有問題。成果風(fēng)險，我認(rèn)為也很小。這是未來發(fā)現(xiàn)新物理最重要的窗口，我們總會得出一些有價值的結(jié)論，無論它與我們的預(yù)想是否一致。因?yàn)楝F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)模型中的很多問題都與希格斯粒子相關(guān)，這個問題我們繞不過去，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(xiàn)在處于怎樣的發(fā)展階段?未來發(fā)展趨勢是怎樣的?未來5—10年會產(chǎn)生什么樣的突破?

　　王貽芳：物理學(xué)現(xiàn)在其實(shí)是處在一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，它未來應(yīng)該朝什么什么方向走，目前正在討論當(dāng)中，這也是楊振寧先生和我的意見不完全一致的原因。

　　2012年之前，希格斯粒子還沒找到，所以還談不到對它進(jìn)行研究，但是2012年之后，就必須要解決這個問題。我認(rèn)為，高能物理學(xué)未來的核心問題，就是要對希格斯粒子進(jìn)行研究。目前，對物質(zhì)內(nèi)在結(jié)構(gòu)的解釋是“標(biāo)準(zhǔn)模型”，這個模型需要更深層次的研究和更加統(tǒng)一的公式。這個實(shí)驗(yàn)要出成果，大概在未來的30—50年，5—10年這么短的時間恐怕還不會。

　　現(xiàn)在，包括美國、日本、歐洲的很多國家都想建超大對撞機(jī)來研究這個問題，大家都想搶這個。但是他們一時建不起來，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體制優(yōu)勢。

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

　　王貽芳：這些也是有待研究的問題，新加速原理離實(shí)際突破和應(yīng)用還有很長的路要走，尋找美妙的幾何結(jié)構(gòu)離實(shí)際就更遠(yuǎn)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(rèn)識世界”這件事上應(yīng)當(dāng)走在世界前列，不能老跟在別人屁股后面。建立超大對撞機(jī)，對希格斯粒子進(jìn)行研究，就是這樣一個機(jī)會，就看我們上不上了。

　　我們中國人做事總是要問“有什么用”，實(shí)用主義傾向比較嚴(yán)重。很多時候，基礎(chǔ)研究不是馬上就能應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中出產(chǎn)品的，但是它會刷新我們對世界的認(rèn)知，它是有引領(lǐng)作用的。在最近幾百年當(dāng)中，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，一直是科學(xué)發(fā)展的“領(lǐng)頭羊”。因?yàn)槲覀兩钤谝粋€物質(zhì)世界，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知是我們對自己生存環(huán)境最本質(zhì)規(guī)律的認(rèn)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(zhàn)，您是如何在這樣的壓力下作決策的?

　　王貽芳：你如果堅(jiān)信你做的是對的，你就會有力量。這件事是高能物理目前最核心的問題，我們必須去面對。也有信心完成。沒有一個人會把自己的生命浪費(fèi)在一件他認(rèn)為會注定失敗的事情上面。

　　我們的研究其實(shí)是分兩個階段，前一階段是電子對撞機(jī)，后一階段是質(zhì)子對撞機(jī)。前一階段結(jié)束后，根據(jù)拿到的結(jié)果，再考慮如何進(jìn)行后一階段。但是因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)是比較長時間的，有延續(xù)性的，我們在進(jìn)行第一階段的設(shè)計(jì)時，就要考慮到第二階段，這樣可以避免到時產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。

　　但是，現(xiàn)在楊先生否定了第二階段，并以此來否定第一階段，我覺得這個思路有問題。。

　　預(yù)言者簡介：

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

　　他曾師承著名物理學(xué)家丁肇中，專門研究高能粒子。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(dān)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(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)測得新的中微子振蕩模式，該實(shí)驗(yàn)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50-100千米的環(huán)形粒子對撞機(jī)，超越歐核中心周長27千米的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)，并借此將中國推向粒子物理研究的第一線。

　　未來論壇背景背景：未來論壇由科學(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“推動人”。未來論壇至今已形成未來科學(xué)大獎、理解未來講座、閉門耕研討會和未來論壇年會等系列活動。