中國興建大型粒子對撞機,罪在當時,功在千秋,為子孫後代計,當行之
一、中國興建大型粒子對撞機有現實意義,這是對科學事業的一種突破
1、中國興建大型粒子對撞機理應得到舉國的支持
在物理學界,一些物理學家認為,中國興建大型粒子對撞機是一件舉國都應該支持的事情。隨著他們對物理探索的研究逐漸上升到了天花板,有關物理學家對相關實驗躍躍欲試。
他們希望主辦方計劃將要在這一個項目上投入超過上千億元的投資,想要推動微觀物理學界的發展。
這一個數額的看起來非常多,也是短期內無法接受的,如果這件粒子對撞的事情是失敗的話,可是,那麼,整個中國將會陷入到一種非常難堪的境地;如果它是能夠做成的話,那麼,中國將能夠掌握粒子微觀新世界的入口。
大型粒子對撞機其中所包含的意義說輕了,就是在商業上可以帶來萬億元的回報;說重了,它所帶來的回報不是可以用錢來衡量的,中國將能夠獲得一種制霸天下的先機,實現對和平和發展的追求。
王貽芳是北京正負電子對撞機上新的北京譜儀的設計、建造及前期研究的領導者,同時也是大亞灣中微子實驗和江門中微子實驗的提出者和領導者。他可能是我國下一代大型對撞機——100公裡環形正負電子對撞機的領導者,因此,他是興建大型粒子對撞機的支持者。
當時,持反對意見的是楊振寧,他認為,興建大型粒子對撞機的成功機率只有40%,其結果具有太大的不確定性。因此,興建大型粒子對撞機並不是當下階段應該考慮的事情。
最終,2017年前,中科院以6比5的一票之差讓興建大型粒子對撞機的方案被否決了,這件事情在當時也就不了了之。
在2018年,由領導人牽頭,耗資300億人民幣的中國大型對撞機將於2022年開工,楊振寧曾反對這一件事情,最終反對無效。預計這一中國的大型對撞機將在2030年建成並對外開放。
2016 年 8 月初,著名華裔數學家、1982 年菲爾茲獎獲得者丘成桐在接受新華社採訪時,明確表示「希望在長城入海處建設下一代大型對撞機」。之後,丘成桐也撰文表達了對中國修建新一代大型對撞機的期待。
2、當下,某些人對興建大型粒子對準機的建造存在誤解
核物理高能研究所的專家王貽芳表示,第一階段建造的準確的費用數字是360億。這一個價格還不到建造一艘100億美元的遼寧號航空母艦的價格,中國在這一個方面的支出是毫不吝惜的。而將經費用在基礎物理研究,是中國遲早都要踏出的一步。
現在不搞,以後也是要搞的,而且,這一個大型粒子對撞機並不是用一次就會被廢棄,它將得以重複使用。因此,在2018年,這一個項目最終是通過了的。
如果中國在各方面建造得當,興許建造的費用的性價比能夠體現得更加完美,讓中國在基礎物理研究的領域的研究水平得以同歐洲接軌,甚至實現超越一個檔次。
中國的大型粒子對撞機的建造地址選在了山東的秦皇島,在這一個地方的大型粒子對撞機將是世界最大的,想要真正參與到這一個領域的建設,首先必須要獲得相關專業的碩士生和博士生的資格。
二、大型粒子對撞機的工作原理具有詳實的後備基礎
大型粒子對撞機的工作原理是建立一個封閉的環形管道,從而允許質子,電子,粒子等微小粒子的碰撞,以期待得出新粒子的一個過程,這一個工作原理是非常成熟的,是百年來粒子物理學家的研究內容。
大型強子對撞機的作用是尋找暗物質、分析希格斯機制、研究夸克-膠子等離子體。根據已有的成功,歐洲在相關的科學領域貢獻了多篇文獻,這些文獻都值得一看。
以歐洲的大型粒子加速器為例,LHC是在一個圓周為27公裡的圓形隧道內,該隧道因當地地形的起伏而位於地下約50至175米之間。
這是先前大型電子正子對撞機所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三米,位於同一平面上,有許多地面設施如冷卻壓縮機,通風設備,控制電機設備,還有冷凍槽等等建構於其上。加速器通道中,主要是放置兩個質子束管。
由於須維持前所未有高能量的粒子運行,加速管由超導磁鐵所包覆,以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向,環繞著整個環型加速器運行。除此之外,在四個實驗碰撞點附近,另有安裝其他的二極偏向磁鐵及四極聚焦磁鐵。
兩個對撞加速管中的質子,目前(2018年停機升級前)以6.5TeV的能量對撞,總撞擊能量達13 TeV之多。(設計目標為14 TeV)每個質子環繞整個儲存環的時間為89微秒。因為同步加速器的特性,加速管中的粒子是以粒子團(bunch)的形式,而非連續的粒子流。
整個儲存環將會有2808個粒子團,最短碰撞周期為25納秒。在加速器開始運作的初期,將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作,碰撞周期為75納秒,再逐步提升到設計目標。
在粒子入射到主加速環之前,會先經過一系列加速設施,逐級提升能量。
其中,直線加速器LINAC2將產生50 MeV能量的質子,接著質子同步推進器(PSB)提升能量到1.4GeV。而質子同步加速器再將質子加速至25 GeV。最後超級質子同步加速器(SPS)可提升質子的能量到450 GeV。
在LHC加速環的四個碰撞點,分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器與緊湊緲子線圈是通用型的粒子偵測器。
LHCb(LHC底夸克偵測器)與 大型離子對撞機實驗(ALICE)為物理目標相對確定的大型探測器。全截面彈性散射偵測器(TOTEM),LHCf(LHC前向實驗)與LHC磁單極子與奇異物質探測器(MoEDAL)則是較小型的專用偵測器。
LHC也可以用來加速對撞重離子,例如鉛離子因其荷質比(電荷和質量的比值)可加速到1150 TeV。
由於LHC有著對工程技術上極端的挑戰,安全的確保是極其重要的。當LHC開始運作時,磁鐵中的總能量高達100億焦耳,而粒子束中的總能量也高達7.25億焦耳。只需要107總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態,而丟棄全部加速器中的粒子可相當於一個小型的爆炸。
二、大型粒子對撞機的費用花在什麼地方?
大型粒子對撞機的費用花在隧道的建設,提升能量和提供加速通道的儀器等的設備的製造和安裝,粒子材料等的添加。人力的費用所起到的成本是微乎其微的,機器已經代替了人力的運轉,使得這一個部分的費用佔據整個項目的不到10%。
選址是經過精心考慮的,批准也非常順利,除此之外的準備,也都將在兩年內完成,此後用8年的時間去建造,2030年對外開放,將使得有智慧的名人雅士能夠獲得利用這些設備的資格。
四、大型粒子對撞機是一扇見到上帝的大門
中國興建大型粒子對撞機的保底功效是,最起碼中國人會把對希格斯粒子性質的了解,提高到一個新的高度,而希格斯粒子,就是大名鼎鼎的上帝粒子。
希格斯玻色子(英語:Higgs boson)是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子,不帶電荷、色荷,極不穩定,生成後會立刻衰變。希格斯玻色子能夠利用自發對稱性破缺來賦予基本粒子質量,同時又不會牴觸到規範場論。
更高的期許是,中國的CEPC對撞可產生一百萬個希格斯粒子。而且從希格斯粒子的質量來看,剛好可以用環形對撞機產生,且產生效率優於直線對撞機。無論在數量和質量上,優秀的中國科學家都能夠藉此次行動獲得豐富的實踐經驗。
中國能夠在獲得更多的科學成果,並在這些科學成果中篩選出自己所需要的。中國人都非常精明,他們一定能夠作出最適合自己而且最明智的選擇。
中國科學家於2012年希格斯粒子被發現後提出,在我國建造一臺周長100公裡的環形正負電子對撞機「希格斯工廠」,之後再建造一臺超級質子—質子對撞機(SppC)。
歐洲已經興建的大型強子對撞機在法國和瑞士的邊界的交界處,,是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織的對撞型粒子加速器,作為國際高能物理學研究之用。2012年7月4日,當LHC的研究人員宣布發現希格斯玻色子(Higgs boson)時,科學界屏息以待。
可是,歐洲的野心還不是現在的這種程度。毫不誇張地說,誰首先參透希格斯玻色子的存在,誰就能夠首先見到「上帝」,而見到「上帝」正是一眾科學家的畢生追求。
歐洲可是不甘心落到第二的位置,歐洲計劃建「希格斯工廠」 將與我國超大對撞機形成競爭,計劃在2048年前實現運行,以最高能量運行的質子對撞粒子加速器。
五、中國的基礎物理研究或許將逆襲老美的物理研究水平
1、中國人非復吳下阿蒙,中國人在科學領域特立獨行也不是一天兩天的事情了
王貽芳認為,興建大型粒子對撞機,將是中國引領世界基礎物理研究水平最好的機會。從微小的粒子再到航空航天,中國一定會在這些領域一步一步地實現超越,讓這些曾經狗眼看人低的人對中國人刮目相看。
在過去,中國的基礎物理研究,長期處於落後於世界的狀態。當年,世界各國都不肯陪中國一起玩,在很多關鍵性的科研項目上都不帶中國飛,隨後,中國只好自力更生,自己想辦法,自己尋求出路。
現在,中國人已經富起來了,也已經強起來了,學識也已經豐富起來了,在科學領域,中國人已經變得不需要太在乎他人的眼光了,中國人的獨立自主讓中國人也能夠在科學的領域熠熠生輝,基礎物理研究是把科學成果落到實處所必須要踏出的一步,中國的軍工要想改善,離不開基礎物理研究的參與。
2、中國興建大型粒子對撞機,將促使中國人深入了解這一個世界
中國人早就已經把能夠想到的,又能夠去做的事情想完了並且付出行動了,現在的大多數的中國人能夠做到的是,安守本分,堅守在自己的崗位上,不要到處去了,而是在自己熟知的領域內,表現出自己值得被回報的一面。
在少數中國科學家的努力下, 中國人從微觀到宏觀層面正更加深入地了解這一個世界,80億人正在推動更多項目的建設,而這些都將為未來一個世紀的發展提供最基本的發展綱要,任何的阻力都無法打亂現在的這一個形勢的發展過程。