中國對撞機為何至今沒有開建?歐洲:再投102億美元,花十年建成

2020-11-22 宇宙印象

大型對撞機是科學研究上的天梯,要摘取最高的果實,對撞機是必備條件。1964年,彼得-希格斯提出了希格斯子的概念,一直到2013年才被歐洲核子研究中心所發現。理論雖然走在前面,但粒子物理領域需要對撞機的存在,用實驗來證明理論是否正確,然後我們才能開啟一扇又一扇大門。粒子物理的研究可通往科學界的巔峰,探究宇宙終極奧秘,誰都明白粒子加速器的研發非常重要,但為什麼世界上的粒子加速器屈指可數?

問題在於建造粒子加速器非常困難,同時造價也昂貴,歐美在粒子加速器的研發和建造上有很深的功底和認識,得益於其基礎學科的雄厚。在基礎學科上的投入,歐美一直是走在前面的,20世紀初物理學界的顛覆性發現就來自歐洲,索爾維會議上那張經典照片一直流傳千古。

1994年,歐洲確定了大型強子對撞機的研發項目,耗資上百億美元,建造了一個100米深,周長為27公裡的環形加速隧道。在這裡工作的專家遍及80多個國家,近萬名科學家、工程師。如今大型強子對撞機已經基本完成使命,隨著探索粒子物理的渴望進一步加強,歐洲科學家提出了建造第二條對撞機的想法,這就是FCC對撞機,周長達到100公裡,預計在2040年開始運行,建造時間長達十多年,耗資102億美元。

十多年上百億美元的投入,可以說是基礎科學發展的基礎,更需要更多科研人員靜下心來進行科研。對撞機的日子也挺無聊,無非用質子束進行對撞,然後分析數據,周而復始,日復一日。和天文觀測一樣,每一天幹的基本都是同樣的事,而重大發現就是在毫釐之間,能量達到100兆兆電子伏。

這顯然是一個了不起的成就,有助於我們對基礎物理學的研究。科學家之所以花費巨資建造對撞機,就是要利用對撞機模擬宇宙誕生,模擬宇宙在137億年前大爆炸時的情景,我們通過高能粒子對撞,創造這個環境。

FCC對撞機則側重子正電子對撞,大型強子對撞機在2010年開始運行,不到幾年時間就發現了希格斯子,大型強子對撞機能夠每秒產生10億個質子- 質子碰撞,升級後的LHC仍然存在能量上的閾值,使得我們無法進一步對宇宙奧秘進行研究。

在歐美開始新一輪建造大型對撞機之時,也是我國經濟發展的增長期,對基礎科學的投入不斷加大。有人會問,為什麼中國對撞機至今沒有開建?原因很簡單,建造這個超級工程,需要多年的論證和投入,中國也準備建造正負電子對撞機,預計在2022至2030年之間建造,耗資達到400億元以上。第二階段的質子對撞機如果啟動建造,耗資會超過1000億元,也相當於上百億美元的投入。

十幾年內投入上百億美元,每年平均也要十多億美元,這絕對是個天文數字。同時,投入之後還要規劃如何培養人才,進行科學研究,維持人員開支也是一筆巨額的支出。如果一切順利,中國第一臺超級加速器會在2022年之後建造,這將是基礎科學迎來的又一次飛躍。

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