中國能取代歐洲嗎？誰需要一個新的巨型對撞機？

作者簡介：Alessandro Strumia(1969.12.26)義大利比薩大學的物理學家。研究領域：高能物理，超越標準模型、基本粒子的味，反電荷共軛宇稱(CP)，以及希格斯玻色子。2018年9月，斯特魯米亞在歐洲核子研究中心，發表了一篇有爭議的演講，他在演講中聲稱，男性科學家，而不是女性科學家，是大學歧視的受害者。

在粒子物理學的歷史上，第一次出現了在不斷追求更高能量的歷程中止步。我想分享一下我對這種特殊情況的看法，因為我知道，很多同事對我們這些公開討論問題的人非常反感，比如彼得·沃特(Peter Woit)、薩賓·霍森菲爾德(Sabine Hossenfelder)，甚至亞當·法爾考斯基(Adam Falkowski)。

下一代對撞機

大約在一個世紀前，物理學家開始深入研究原子核的內部，並逐漸明白了什麼是物質。在這段黃金時期，基礎物理學在取得巨大進步的同時，也具有巨大的實際意義：最直接的，原子彈的發明推動了整個人類歷史發展的進程，同時新發現使人們更富有，國家更強大，並且可以用於產生新的實驗。

這種良性循環吸引了最優秀的人才，並讓他們認識到一些深奧而美好的原理，如相對論、量子力學、規範不變性。1945年之後，核物理學獲得了巨額資金，用於探索比普通物質更高的能量，建立更大的實驗，加速器的不斷升級進程也從此時開始。

新的加速器導致了新物質的不斷發現，但由於能量如此之高，新粒子幾乎沒有實際應用。一個粒子在一秒內衰變有什麼實際用途呢？結果，建造對撞機仍然使用的是普通物質，而且體積越變越變大，因為物理學要求圓形對撞機的半徑隨能量線性增長:R ≈ (4π/α)3(能量)/(電子質量)2。這個方程意味著高能物理可以通過不斷擴大建造半徑來探索遠高於電子質量的能量。有些人對大的東西印象深刻，但我們只能把他變得更大，因為我們找不到提高能量的更好方法。

幾十年來，人們不斷規劃越來越大的加速器，但聲望也在隨著成本的增加而消失，直到連美國這樣的大國都不堪承受。歐洲物理學家在60年前看到了這個問題，並聯合很多國家組成了歐洲核子研究中心。這一選擇付出了很大代價：儘管，歐洲再次成為高能物理學的中心。但能源和成本持續增長，推動能源前沿的研究機構數量下降為6,5,4,3,2,1。

1954年的歐洲核子中心原址

一些機構直接放棄了高能探索，另一些還在嘗試。大約2000名德國物理學家提出了一種新的對撞機方案，但很快被德國政府否決。大約在2010年，美國人也曾嘗試過，但答案仍然是不。下一個日本人嘗試了，但答案很可能是否定的。歐洲人期待著新技術的發展，並專門給了大量資助，但是這就跟病毒疫情一樣看不到頭。

歐洲核子中心作為最後一隻「恐龍」，對於它的生存危機並沒有任何緩解。研究新的對撞機需要承擔風險，但下一步需要驗證的能量變得如此之高，以至於失敗的代價也是巨大的，如果多年不見成功，必將導致整個高能物理研究的停滯。CERN現在基於可靠性選擇了一種很保守的策略。首先，通過運行LHC來獲得時間，如果要表現得很好、很可靠，歐洲可能會提供300億美元繼續下一代對撞機，規模也將從27公裡擴大到100公裡。

作為一個理論學家，我很喜歡100 TeV 的FCCpp對撞機作為我的100歲生日禮物。但這對社會有好處嗎？無論如何，最近在對撞機上的發現沒有直接的實際應用。儘管如此，向最優秀的科學家提供資源往往會導致間接的創新。問題在於，建造一個100公裡長的留聲機，似乎並不能導致技術飛躍。相反，對撞機物理學變得如此巨大以至於當有人有了一個新想法時，通常的答案不再是讓我們去做，而是讓我們在下一個委員會會議中討論。委員會裡擠滿了喜歡討論的人，而有創造力的人似乎更容易被更自由的環境所吸引。我看到許多聰明的物理學家用腳投票，紛紛離開了高能物理學。

但這對物理學有好處嗎?到目前為止，物理學是一門嚴肅的科學。這是因為物理學有客觀數據，而且從來沒有哪個學校或社團主導過物理學。但是現在獲取更多的高能量數據需要將大部分資源集中在一個為生存而掙扎的中心。在我看來，把所有的雞蛋放在一個籃子裡是危險的。也許我太敏感了，因為一段時間以前，CERN刪除了我提交的社會學數據(現在已接受發表)，並警告我，如果它對組織不利，就會限制言論自由。幸虧我現在不再受它的支配，我想什麼就說什麼。

即使CERN得到了數十億的資助，它的100tev pp對撞機在時間上也太遙遠了，高能物理學將更早地消失。優秀的物理學家不能再等上幾十年去嘗試希格斯粒子耦合併假裝它足夠有趣。唯一的希望是中國認為他們建造一個類似的對撞機項目是值得的，並且建造得更快更便宜。來自中國的競爭壓力將迫使歐洲思考如何在現有的LHC隧道中製造出更具創新性的介子對撞機，否則其地位將被中國取代。