betway必威旨在讨论CEPC的发展路径、未来国际合作模式,中国要发展世界一流的对撞机国际合作和世界科学中心

中国不应缺席高能物理与核物理重要国际组织

9月16日至17日,高能环形正负电子对撞机国际顾问委员会(International
Advisory
Committee)第一次会议在中国科学院高能物理研究所召开,由费米国家实验室前副所长Young-Kee
Kim担任委员会主席,诺贝尔奖获得者David
Gross,欧洲核子研究中心前总所长Luciano Maiani,阿贡国家实验室副所长Harry
Weerts,日本高能加速器机构加速器部前主任K.Oide,中科院院士、高能所陈和生等作为委员会成员参加了此次会议。

betway必威,9月4日,《知识分子》刊发了杨振宁先生的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》,作为正在高能物理一线从事实验工作的科学家、现任中国科学院高能物理研究所所长,我不能同意他的观点。

“中国要发展世界一流的对撞机国际合作和世界科学中心,就要融入国际科学合作的主流,就要加入重要的国际科学合作组织,在合作中发展自己。”两会期间,全国政协委员、中科院高能物理研究所研究员高杰以此为内容准备了提案。

CEPC国际顾问委员会由来自美国、英国、德国、法国、意大利、日本、澳大利亚、中国、印度等多个国家的24名国际著名科学家、技术专家和具有大科学工程经验的管理专家组成,于2015年5月正式成立,旨在讨论CEPC的发展路径、未来国际合作模式,并协助建立国际合作关系,吸引更多国际团队加入CEPC。

杨先生反对的第一点理由是造大型加速器是无底洞。这里涉及三个问题,一个是SSC为什么失败?第二是中国的大型加速器需要多少钱?第三是这个估计可靠吗,是不是又是一个无底洞?下面我一一回答。

国际上有两个规模大、历史长的科学合作组织:欧洲核子研究组织和杜布纳联合原子核研究所。前者是世界上最大的粒子物理学实验室,后者则是拥有18个会员国、同全球60多个国家的800多所科研机构有着广泛合作关系的核物理研究机构。

高能所所长王贻芳致欢迎词,并简要介绍了CEPC的进展情况。CEPC项目经理娄辛丑报告了CEPC概况,吕才典介绍了高能物理前沿中心的相关情况,高杰和高原宁分别介绍了加速器和探测器工作组的预研进展情况,周为仁、杨海军、唐靖宇分别介绍了国际合作和国际实验室相关内容,同时委员们介绍了CERN、ILC、Fermilab的国际合作模式,包括管理结构、经费情况、预研等相关内容。

美国超导超级对撞机失败的原因有很多,包括当时的政府赤字且与国际空间站争夺经费、美国的两党政治斗争、德克萨斯与其他地区的区域竞争等。“预算超支”绝不是SSC失败的主要原因。

“无论CERN还是JINR都是国际公认的在高能物理与核物理领域的世界一流的国际组织。”高杰在接受科技日报记者采访时说,遗憾的是,我国的高能物理与核物理研究始终处于CERN与JINR国际合作组织之外,完全不符合我国的大国身份和地位。

国际顾问委员会通过讨论认为,高能环形正负电子对撞机项目将会引领整个高能物理的研究,中国将会在加速器粒子物理研究领域处于领导地位,同时关键技术的突破也会带动相关产业的发展,造福整个社会;国际合作意味着把国外科学家联合起来,以CEPC为共同目标而积极参与;CEPC目前的组织加上国际合作的参与对相关设计和研究是一个非常有效的突破方法;希望能够尽快开展预先研究,并希望中国科学家能够加强参与其他国际高能物理合作项目和技术交流合作;同时建议尽快在欧洲和美国建立研究合作小组,将CEPC纳入欧美的高能物理研究规划,并积极争取重要的国际高能物理组织的支持。

对美国来说SSC半途下马是极为错误的,它使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机会,失去了国际领导地位,到现在还没有翻身。当年美国科学界反对SSC的理由跟我们今天在中国听到的很相似。事实上SSC的终止并没有让任何科学家获得经费的增加。在此之后欧洲建造了大型强子对撞机,获得了极大的成功。虽有超支,但并不是太多。

近年来,我国在高能物理领域的研究有了巨大进步,大亚湾中微子实验使我国发现了中微子的第三种振荡模式。我国在广东江门正在建设着一项更为先进的中微子大科学研究工程。

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中国的政治与美国完全不同,对大工程建设实际上有优势,因为偶然性较小。SSC失败,不代表我们就不能建造大型加速器。

2012年9月,我国科学家提出了建造“未来大型环形正负电子对撞机并可升级成为质子对撞机SppC”的方案,今年年初完成了CEPC概念的设计报告。

会议现场

我们规划的大型对撞机项目(以周长为100公里算)分两步走:第一步正负电子对撞机建设阶段,约在2022—2030年间,工程造价(不包括土地、“七通一平”等)约400亿人民币。

高杰强调,中国要发展建设世界一流的CEPC国际合作和世界科学中心,就要注意融入科学国际合作主流,参加CERN与JINR国际合作组织,做到你中有我、我中有你,在合作中而不是在封闭中发展自己。“只是把自己的学生送到人家那里学习或参与实验,或是自己亲自去,那都只是低层次的国际合作,即或是把人家请进来参与我们的研究也是如此。”

如果这第一步成功,CEPC有新物理的迹象,且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟,其价格降到合理水平(比如20元/千伏安米),我们可以走第二步,质子对撞机阶段,工程造价在1000亿人民币以内,时间是在2040—2050年左右。这里如果减去国际贡献约30%,中国政府应该出资大约300亿人民币和700亿人民币,但不包括未来的通货膨胀。

今年1月23日,中央全面深化改革领导小组通过了《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》。高杰认为,落实中央精神,我们应通过政府间协议参加CERN和JINR国际合作组织,在申请参加的过程中,应将中国未来发展CEPC/SppC世界最大的科学中心规划联系起来,以赢得国际上的支持。

过去50年间,国际上有许多成功的加速器工程(如LEP,LHC,PEPII,KEKB/SuperKEKB等),也有许多不太成功的加速器工程(ISABELLE,SSC,FAIR等)。这里不成功的都是质子加速器,电子对撞机还没有不成功的先例。原因主要还是质子加速器较为复杂,对超导技术的预估较难,不易在技术、造价与指标上有一个恰当的把握。

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高能所建所40年以来,在北京正负电子对撞机、大亚湾中微子实验、散裂中子源、ADS注入器等超过亿元的大型加速器及探测器工程中,均按工期、指标完成,实际造价与预算相比,连5%都没有超。我们有成熟的估价、建造、管理经验。

对CEPC的估价我们采用了两种办法:分解法:将各设备部件造价相加;类比法:与国内外已完成的同类装置与设备相比。在总价和系统级,两种办法得出的结果,误差在20%以内。在完成了初步概念设计以后,我们产生了一个1000多项的设备清单,据此进行了造价估计,并邀请国内外专家进行了评审。

对第二阶段SPPC的估计我们只采用了类比法。因为这不是现阶段的任务,只是可能性。谈论它的造价意义不大。不成熟不会启动,所以怎么会是无底洞呢?

杨先生反对的第二点理由是中国目前仍然是一个发展中国家,还有亟待解决的民生问题,超大型对撞机不是燃眉之急,目前不宜考虑。

民生问题当然要解决,但我们也要考虑长远,发展要可持续,要有领先世界的能力。高能物理研究物质的最小结构及其规律,采用的手段从加速器、探测器到低温、超导、微波、高频、真空、电源、精密机械、自动控制、计算机与网络等,很大程度上引领了这些高技术的发展并得到广泛应用。建造大型对撞机可以使我们领先国际达几十年,使一些重要技术产品实现国产化并走到世界最前沿,可以形成一个国际科技中心吸收国外智力资源,可以培养几千名能创新的的顶尖人才,怎么不是燃眉之急,当务之急?

而且一个大国,没有对人类文明的贡献,很难说话响亮,这影响中国在世界上获取利益。