科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”希格斯玻色子，基礎(chǔ)物理學(xué)未來將向何處發(fā)展？近日，中國科學(xué)家透露了建造下一代環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)并適時(shí)轉(zhuǎn)為質(zhì)子對撞機(jī)的方案，以期更深入地揭開“上帝粒子”的奧秘，從而找到基礎(chǔ)物理學(xué)的新方向。
希格斯玻色子可以解釋為什么有些基本粒子具有質(zhì)量，對理解宇宙很關(guān)鍵。去年3月14日，歐洲核子研究組織率先宣布，先前探測到的新粒子是希格斯玻色子。去年10月，英國理論物理學(xué)家彼得?希格斯因希格斯玻色子的理論預(yù)言獲諾貝爾獎(jiǎng)。
本月25日，在中科院高能物理研究所舉行的未來環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)研討會(huì)上，所長王貽芳表示：“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)后，中國獲得了一個(gè)機(jī)會(huì)，就是利用我們成熟的環(huán)形加速器技術(shù)可以建造下一代環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)。只有研究清楚了希格斯粒子的性質(zhì)，才有可能了解粒子物理未來的方向?！?/p>
“只有有了一個(gè)世界最先進(jìn)的科研項(xiàng)目，才能吸引青年學(xué)者和世界頂級(jí)科學(xué)家來工作。”王貽芳認(rèn)為，“世界上有個(gè)先例非常成功，就是日內(nèi)瓦的歐洲核子中心，自從它有了世界上最大最先進(jìn)的加速器后，歐洲就代替美國成為了世界高能物理的中心。這是美國結(jié)束了得克薩斯州的超級(jí)超導(dǎo)加速器的后果，是美國的悲哀?！?/p>
中科院高能物理所所長王貽芳在開幕式論壇
對撞機(jī)是物理學(xué)家探討宇宙基本成分的最重要工具。能量超高的兩束粒子流對撞，濺出日常觀察不到的“碎片”，從而檢驗(yàn)基本粒子假說。據(jù)介紹，下一代環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)將瞄準(zhǔn)希格斯粒子發(fā)現(xiàn)后對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的核心前沿物理問題，其科學(xué)目標(biāo)是精確測量希格斯粒子的性質(zhì)以及搜索標(biāo)準(zhǔn)模型背后更基礎(chǔ)的物理規(guī)律。其能量將是目前運(yùn)行中的北京正負(fù)電子對撞機(jī)的60倍。從長遠(yuǎn)來看，它可以改造為大型質(zhì)子對撞機(jī)，其能量比正在運(yùn)行的歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)大7倍。
歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)設(shè)備內(nèi)部
項(xiàng)目引諾貝爾物理獎(jiǎng)得主熱評
在23日晚的開幕式論壇“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)之后：基礎(chǔ)物理學(xué)向何處發(fā)展”上，爭睹大師風(fēng)采的年輕人擠爆了清華大學(xué)主報(bào)告廳。論壇由丘成桐教授主持。發(fā)表演講的外國專家有七位，包括兩位物理諾獎(jiǎng)得主——大衛(wèi)?格羅斯和格拉德?霍夫特，還有菲爾茲獎(jiǎng)和基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)得主，弦論大師愛德華?維騰、基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)得主尼瑪?亞哈尼?哈米德、基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者約瑟夫?英坎德拉、狄拉克獎(jiǎng)和櫻井獎(jiǎng)獲得者盧西亞諾?邁阿尼、加州伯克利大學(xué)和日本東京大學(xué)教授村山齊。
開幕式論壇“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)之后：基礎(chǔ)物理學(xué)向何處發(fā)展”
中國科學(xué)家提出的這一方案在國際物理界引起了巨大反響。菲爾茲獎(jiǎng)得主、美國科學(xué)家愛德華?維騰表示，物理學(xué)仍然有許多問題亟須解答，如宇宙的起源，粒子質(zhì)量的起源等。如果能在目前對撞機(jī)的能量上再提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，無疑將在揭示自然界奧秘上推進(jìn)一大步。
美國普林斯頓高等研究院教授、中科院高能所高能物理前沿研究中心主任尼瑪?亞哈尼?哈米德認(rèn)為，要徹底研究希格斯粒子，必須探索更微觀的世界，唯一的方法是建立更大的環(huán)形加速器?！斑@個(gè)加速器第一步可以進(jìn)行正負(fù)電子湮滅的對撞實(shí)驗(yàn)，這個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生很多希格斯粒子，從而帶動(dòng)相關(guān)研究。第二步我們可以在加速器上進(jìn)行質(zhì)子-質(zhì)子的對撞實(shí)驗(yàn)，從而探測更高的能量區(qū)域，觀察更微觀的尺度?！彼f。
諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者、美國物理學(xué)家大衛(wèi)?格羅斯認(rèn)為，中國提出建設(shè)的下一代加速器將使中國在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域處于中心位置。他甚至說：“我把這個(gè)夢想叫做‘中國的偉大加速器（The Great Accelerator）’，這會(huì)和萬里長城（The Great Wall）一樣引人矚目。它會(huì)比萬里長城的作用更大，會(huì)在科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域有突破和發(fā)現(xiàn)。”
失去發(fā)現(xiàn)“希格斯子”機(jī)會(huì) 美國為何下馬超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)
超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)是美國的一項(xiàng)“大科學(xué)”工程，1987年開始實(shí)施，后來發(fā)現(xiàn)“希格斯子”的歐洲強(qiáng)子對撞機(jī)幾乎是當(dāng)年超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)的翻版。但數(shù)年之間，其預(yù)算從最初的30億美元不斷增加至110億美元，最后在已經(jīng)投資20億美元并取得一些成績的情況下，于1993年因國會(huì)干預(yù)而被迫下馬。
支持建造超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)的，主要包括高能物理學(xué)家諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主史蒂文·溫伯格（S. Weinberg）等人、能源部的官員以及來自德克薩斯州和其它州的一些議員。主要的理由是，建造超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)可以滿足科學(xué)發(fā)現(xiàn)、學(xué)習(xí)、競爭、協(xié)作、未來發(fā)展等等的需要，有助于鞏固美國在基礎(chǔ)物理學(xué)方面的世界領(lǐng)先地位；在科學(xué)研究上能夠帶來突破性新發(fā)現(xiàn)；在經(jīng)濟(jì)方面可以給美國提供上千的就業(yè)機(jī)會(huì)，并帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展；建成之后還可以在教育、醫(yī)療等相關(guān)民用領(lǐng)域起到不可估量的作用。因此，盡管耗費(fèi)巨大但物有所值。
反對建造超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)的，主要是以諾貝爾獎(jiǎng)獲得者安德森（P. W. Anderson）為代表的應(yīng)用物理學(xué)家，和來自其它研究領(lǐng)域的科學(xué)家，以及來自各州的議員代表。還有從事宇宙背景微波輻射研究的諾貝爾獎(jiǎng)得主彭齊亞斯（A. Penzias）等人。反對方的理由有：超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)解決的只是物理學(xué)中的基本問題，而非科學(xué)的基本問題；它只是解決物理學(xué)中基本問題的途徑之一，而非唯一途徑；建造它需要大量的科技人才，這些人才資源的耗費(fèi)將給其它同樣需要科技人才的行業(yè)帶來巨大的損失；建造它還將影響政府對其它科研項(xiàng)目的投資。此外，反對方還對超導(dǎo)超級(jí)對撞機(jī)的應(yīng)用前景提出質(zhì)疑，認(rèn)為應(yīng)該考慮將建造它的資金投到其它更緊迫和能夠獲得收益的研究領(lǐng)域中。
對于中國的新對撞機(jī)計(jì)劃，王貽芳表示：“預(yù)計(jì)經(jīng)費(fèi)占國家GDP的比例，比三十年前中國政府決定建設(shè)高能所的北京正負(fù)電子對撞機(jī)占當(dāng)時(shí)國內(nèi)GDP的比例還低。20年后，中國將成為世界最大的經(jīng)濟(jì)體，也很有理由建造世界最大的加速器?！?/font>
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