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中科院高能物理所长王贻芳:中国建造大型对撞机恰逢其时

2016-9-5不详佚名

今天(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。杨先生是我尊敬的前辈科学家,我更尊重科学和理性。如果以下言语有冒犯之处,还请原谅。

中科院高能物理所长王贻芳:中国建造大型对撞机恰逢其时

图片说明:中科院高能物理所所长王贻芳

(一)杨先生反对的第一点理由是造大加速器是无底洞,因为美国的SSC造价飙升,半途而废,浪费了30亿美元。欧洲的强子对撞机花费了100亿美元。中国的大加速器不可能少于200亿美元,甚至是一个无底洞。

这里实际上有三个问题,一个是SSC为什么会失败,第二是中国的大加速器到底需要多少钱,第三是这个估计可靠吗?是不是又一个无底洞。下面我一一回答。

(1)美国的SSC为什么会失败?大加速器都是无底洞吗?

美国SSC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、德克萨斯与其它地区的区域竞争,还有管理不善、预算错误、造价飙升、国际合作不够等。具体分析及历史资料见参考文献【2,3】。其实“预算超支”绝不是SSC失败的主要原因,而是有其特殊及偶然原因,主要是政治因素。

对美国来说SSC半途下马是一个极为错误的决定,它使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机会,失去了未来发展的基础和机遇,失去了国际领导地位,到现在还没有翻身。这个决定对美国的大科学研究产生了极为负面的影响,并使一代美国人失去了梦想的勇气。当年美国科学界反对SSC的理由跟我们今天在中国听到的有很多相似的地方。事实上SSC的终止并没有让任何科学家获得经费的增加,当然SSC的启动也没有减少任何人的经费,很多当年反对的人后来也后悔了。

在此之后欧洲建造了大型强子对撞机(LHC),获得了极大的成功。虽有超支,但并不是太多。说明大型加速器并不一定是“无底洞”,是可以成功的。

中国的政治与美国完全不同,对大工程建设实际上有其优越性,偶然性较小。今天的中国已经干了很多美国人不干、或干不了的事,未来这样的事还会有。SSC失败,不代表我们就不能建造大型加速器。我们应该要科学仔细地分析,同时要做好国际合作,做好管理,控制预算。

(2)到底需要多少钱?

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(CEPC)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。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¾质子对撞机(SPPC)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(每年30亿)和700亿人民币(每年70亿),但不包括未来的通货膨胀。这里有一个“第二阶段”是为了说明这个方案有极为长远的科学寿命,可以带动更重要的技术发展(如高温超导),是对“第一阶段”科学及技术意义的一个补充。我们现在讨论其设计也是为了保留未来发展的可能性,避免因为考虑不周,比如加速器隧道周长与截面大小等,把未来发展的可能性给堵死了。有这样一个第二阶段的长远目标也会对高能物理和相关技术的发展有重大意义。

(3)这个价格估计是否可靠,是不是会成为无底洞而重蹈美国SSC的覆辙?

首先我们知道在过去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,对超导技术的前瞻与预估较难,不易在技术、造价与指标上有一个恰当的把握。指标高了造价会超,指标低了又显得过于保守。

国内大型工程成功的案例很多,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。

事实对CEPC的估价我们采用了两种办法:1)分解法:将各设备部件造价相加;2)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,两种办法必须在20%以内一致。在完成了初步概念设计【1】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。如果杨先生不相信我们的估价,可以组织再次评审。

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主要任务,也不是一定要上的,只是一个可能性。谈论它的造价意义不大。因为我们说过了,不成熟(包括造价)不会启动,所以怎么会是无底洞呢?

(二)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,超大对撞机不是燃眉之急,目前不宜考虑。

任何一个国家,特别是对中国这样一个大国,必须考虑当下和长远,不可偏废。民生问题当然要解决,而且这也确实是目前国家预算支出的主要内容。但我们也要考虑长远,要有合适的比例进行基础科学研究,要能够不断发展,要有领先世界的能力。清末的中国,人民富庶,GDP世界第一,虽然有能力购买枪炮,但不掌握科学,没有可持续发展能力,最后还是被动挨打,民生也无从谈起。

几百年来,对物质微观结构的研究,从分子、原子到原子核、基本粒子,在相当程度上引领了人类科学的发展。高能物理研究物质的最小结构及其规律,采用的手段覆盖领域宽广,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,在很大程度上引领了这些高技术的发展并得到广泛应用,是基础科学及高技术研究中具有标志性的一个重大领域。建造大型对撞机可以使我们在这样一个重大的、有引领作用的科学领域领先国际达几十年,可以在相关技术领域领先国际,使一些重要产品实现国产化并走到世界最前沿,可以形成一个国际科学与技术中心引进吸收国外的智力资源,可以培养几千名有创新能

本文来源:不详 作者:佚名

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