中科院研究员：不同意葛院士反对建大加速器的论据

发表于 6年以前 | 总阅读数：458 次

阮曼奇2008年获清华大学及巴黎十一大学粒子物理博士学位。其后在欧洲进行粒子物理和大型对撞机的研究。2013年返回中科院高能所，负责大型环形正负电子对撞机的模拟和探测器设计研究。

问：葛院士的论述中有事实性的错误吗？

答：是的。葛院士在专访中说：加速器的核心技术是强磁场。欧洲的大型强子对撞机（LHC）能够建成是因为欧洲有这种磁场技术；而国内的超导磁场技术做不出这种强磁场，造出环形正负电子对撞机（CEPC）所需的强磁场还需要理论、材料上的突破。

其实，中国的CEPC并不需要欧洲LHC那种（低温超导）强磁场技术，使用低场、常规电磁铁即可。LHC采用了80000高斯的强磁场、以确保在27公里周长的主环中可以约束住能量为7TeV的质子束流。CEPC的周长增加了近4倍，而其束流能量（120 GeV）却只有LHC的约1/60。因为环形对撞机上需要的偏转磁场强度是和带电粒子能量成正比的，但却和轨道半径成反比。

因此，中国CEPC主环偏转磁铁磁场强度只有LHC上的1/200，约为300—400高斯。这在去年发布的《CEPC概念设计报告》中已有说明。此外，北京正负电子对撞机上的偏转磁铁强度大约在2000—8000高斯，而且早就实现了量产。

即使未来CEPC可能升级到超级质子对撞机，需要200000高斯的强磁体技术,我们也有应对。中科院电工研究所与高能所合作，研制出基于多芯铁基超导线材的高场内插超导线圈，为性能更高、制作工艺简单的下一代高场超导磁体技术开创了一条可行的新路径。

问：就这一点事实性的错误吗？

答：还有。葛院士指出中国CEPC的造价估算中不包括基建费用。事实上，在目前360亿元的CEPC造价估算中，已经计入了30％的隧道和土建费用。所有由正式渠道公布的CEPC造价都包括了隧道和土建的费用。葛院士说日本政府刚宣布砍掉国际超高能直线对撞机中心（ILC）项目。其实，ILC并未下马，只是对是否承建ILC，日本政府延期做出决定。

问：您认为《葛文》中有些观点值得商榷？

答：是的。葛院士认为可以通过宇宙射线发现高能区的新物理，并举出“悟空”卫星发现的1.4TeV的例子加以佐证。

的确，宇宙射线在粒子物理发展的早期起到了重要作用。通过高空气球等探测方式，人们发现了缪子以及一系列强子。宇宙线实验不需要建立昂贵的对撞机，只需要守株待兔地等待物理信号，但它无法准确控制物理信号的产生，同时存在着信号事例数低以及信噪比难以控制等局限。

随着加速器技术的不断进步，宇宙射线实验已不再是粒子物理研究最有效的实验方法。半个世纪以来，粒子物理的绝大部分进展，无论是新粒子的发现还是标准模型的确立，都是通过加速器实验实现的。而葛院士提到的“悟空”卫星观测到的1.4TeV的新粒子迹象，到目前为止还未被任何其他实验所证实。国际上CALET合作组在2018年发表文章明确指出：“并未在1.4TeV附近发现明显的窄峰”。这和“悟空”卫星的观测结果完全不同。

问：还有什么葛院士的观点您不能同意？

答：葛院士还指出：“高能物理发展到现在，具有工程特点，理论上一定要特别清楚：要找什么？预计是什么样子？否则不值得投钱。”他说：“LHC就是明确要寻找希格斯粒子（因此才获得资助）。”这些观点我不赞同。

大科学工程是否获得资助，取决于其科学目标、可行性及对工业技术、文化经济的带动等等。具有清晰的理论预言并不是大科学工程获得资助的必要条件。比如，嫦娥工程和人类基因组计划，就很难说有什么清晰的理论预言；而科学史上无心插柳的重大发现也比比皆是。比如宇宙微波背景辐射的发现、日本神岗超新星中微子信号的发现等等。

欧洲LHC的科学目标不仅仅是发现希格斯粒子。在建设LHC的决策中，关键性的科学因素是因为当时的标准模型存在着理论上的巨大困难：理论预期在100GeV—1TeV的能标上要么存在希格斯粒子，要么存在超出标准模型的新物理。LHC发现了希格斯粒子，确定了标准模型在目前可观测能标下的成立，起到了从大量物理理论中去伪存真的作用。

归根到底，物理学是实验科学，不仅是对理论证伪的手段，也能带来前所未有的新的观测、新的数据，为理论的发展提供关键性线索和知识。

在采访中，阮曼奇特别对记者强调，目前人类对粒子物理的标准模型仍是知其然而不知其所以然。标准模型有着简单优美的数学结构，但人类并不理解自然为何选择这样的数学结构；标准模型有大量的自由参数，其取值决定了宇宙的面貌，但人类也不理解自然界为何选取了目前的参数。标准模型虽然在对撞机的实验中获得成功，但无法完美解释一系列重大问题，包括为何标准模型粒子质量相差巨大、在物质起源上为何宇宙中物质比反物质多、中微子质量从哪里来、暗物质和暗能量的本质是什么等等。

阮曼奇认为，对上述任何一个问题的解答都意味着基础物理学的重大突破。围绕上述问题，人们提出了大量的新物理模型，急需新的实验数据用于去伪存真。能准确测量希格斯粒子性质的对撞机将是探索上述问题、寻找标准模型背后更为基础的物理规律的绝佳手段。“全球高能物理学界倡议了大量的新型对撞机，其中中国的CEPC具有科学潜力巨大、技术相对成熟、项目造价相对低廉、时间进度可控的显著优势，有望实现重大突破。”

相关文章:

南开物理学教授葛墨林院士：“中国不应建大加速器”