青年理论物理学家与杨振宁先生探讨 | 对撞机的对话5
►大型强子对撞机（lhc）局部
撰文 | 舒菁（中国科学院理论物理研究所）
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前一段时间，从哈佛博士王孟源到丘成桐先生，又有杨振宁先生和王贻芳所长关于中国要不要建未来对撞机的辩论，在网上引起了极大关注。其中有些评论包含了不少对于高能物理学科的误导性语言，对于学科未来发展在很大程度上产生了负面影响。作为海外归国的青年理论物理研究工作者，我对杨先生的学术成就充满了尊敬，但我也觉得有必要对杨先生和网络上的一些观点谈一些我的看法，并澄清一些不够准确的理解。
首先，我觉得有必要说一下，在一个研究基础科学的科学研究工作者眼里，什么是科学？在我看来，基础科学就是人类探索真理，用我们的可能手段认识世界的过程。它有什么用？我们对自然世界更深刻的认识决定了未来我们改造世界的潜力和高度。在百年前作为物理学最前沿的量子力学也没有什么“用”，而它现在几乎是所有高科技的基础。另一方面，我们用来认识世界的手段也就是实验技术极大推进了科技的发展。这个就和奥林匹克精神一样，我们追求对自然界更进一步的理解，更高更快更强。在这个追求认识极限的过程中，尤其是高能物理实验，用到的都是最高精尖的技术，他们的实际用处和对中国科技发展的现实意义王所长都做了很详细的回应。
我之所以一开始要讲这件看上去有点形而上的事情，是因为有些时候在中国公众对科学和科技两个词有点混淆，科学尤其是基础科学最重要的是追求真理的过程，不是仅仅为了高影响因子论文，拿诺贝尔奖，也不是为了明天的产业化。
再简单说说高能物理学是干什么？通俗一点讲高能意味着了解最微观尺度的物理，包括有哪些基本粒子，他们之间怎么相互联系作用。做理论的发展基本理论方法，构造模型，模拟实验可能的结果，有时候也提出新的实验探测方案。做实验的建造科学仪器，装置好了以后接收信号数据，分析数据，最终找到数据背后暗含的可能理论物理规律。由于最微观尺度的物理有时候和最宏观尺度的宇宙演化有着紧密的联系，所以好多高能物理学家也做宇宙学。高能物理学的最终目的和当前目标既不是超对称，也不是弦理论，对撞机的建造是为了寻找可能的新物理理论，但不是专门为了发现超对称或者某一个理论。
那为什么作为理论物理学家，我赞成当前建设cepc，即未来中国的大型正负电子对撞机。因为物理学是一门实验性科学。在我对物理学发展的了解上，除了极其少数的例子外，我们理论物理学家都需要新的实验提示来正确认识世界规律，没有实验作为基础的理论大多数情况下只是一个假设猜想。我看了有些博主反对发展高能物理，甚至说高能物理吹捧超对称等等是骗子，伪科学。作为同样在美国的ph.d. 我能够理解他的遭遇和心情。不过作为理论物理学家我们能做的就是大胆假设和猜想，尊重实验数据最终来检验我们的理论，在我们认识自然的道路上去伪存真。所以对于高能物理学来说，未来的发展取决于实验的进一步发展，实验才是真正的瓶颈。对此，绝大多数理论物理学家也是同样的观点。在中国建设未来对撞机将大大提高中国人对国际高能物理学的领导力。我看网上有的言论认为，欧洲建设大型强子对撞机是失败的例子。这个完全是恰恰相反。欧洲建设大型强子对撞机取得了极大的成功：
在最决定性的方面，高能物理学的领导权从美国主导过渡为美国欧洲分庭抗礼并且现在和未来最终将走向欧洲。这中间极大地促进了欧洲高能物理学的发展。
首先，欧洲大型强子对撞机的建立极大地改变了人才流动的方向，最开始是大批在美国做得非常不错的一线年轻的欧洲科研工作者回欧洲拿教职，并且后来十年大多数人都取得了比如果留在美国更大的科学成就。为什么呢？因为在欧洲人作为本土人背靠大型强子对撞机有更便利的科学条件和更丰富的科学资源。现在有不少美国一流大学的著名正教授也加入了回到欧洲的行列，他们中的大多数利用自己的世界影响力完全领导发展了一个又一个的研究所。现在，很多欧洲本土成长起来了大批不错的高能物理学家。这些都大大促进了欧洲的人才吸引和造血能力。
对于这一点，我相信如果未来在中国建设对撞机，关于高能物理相关方向高端人才回流的帮助是决定性的。而且高端人才回流将很大程度上是实质性的长期回国。就我认识的美国一流大学的教授，也包含很多台湾同胞，不仅局限于华人，他们都表达了中国建设对撞机后来中国工作的兴趣。
历史上，30年前北京正负电子对撞机（bepc）的建设同样争议很大。当年不论是经费，人才队伍困难甚至比现在还要大。bepc的建设和改造工程同样带动了海外人才归国效力，积累了大量的尖端技术并培养了大批的人才队伍，并取得了一系列重要的科学成就。这里仅仅以王所长为例，他在bepc二期改造工程的时候回国，引领了bepc三期的探测器建设；该团队的部分人员随后建设了大亚湾中微子实验，并取得了发现第三种中微子振荡模式的重大物理突破。
其次，下面我们再看看欧洲的高能物理杂志期刊的发展。在我读本科的时候，十几年前我们大多数文章投稿都是美国物理学会的physics review d系列。欧洲的杂志偶尔投投但是一般都不是首选。现在欧洲同physics review d级别的杂志数不胜数。核心杂志数量，影响因子都大大提高。
下面我想非常简短地对于杨先生文章中列举的七个观点分别给予回应，也是对王所长的回应给予少量的补充：
一：加速器仅仅是烧钱的黑洞么？在中国建未来对撞机仅仅是烧钱么？
反对加速器的人会说这条路走不下去，因为未来对撞机会越来越大。杨先生表态他并不反对高能物理发展，而在当前高能物理学科发展的背景下，如果要敲定能量前沿背后的物理理论，到目前为止，我们还是需要对撞机实验，说的通俗一点，还是需要对撞机把新粒子撞出来以了解它的性质，所以对撞机实验并不是完全可有可无。
另一方面，我们对微观物质结构新的探测, 很多实验技术基础, 尤其是探测器技术相当一部分来自于对撞机实验。我没有见到有哪一个对撞机物理实验队伍空白的国家能取得高能物理重大实验突破。国际上任何一个科研强国，比如：美国、欧洲、前苏联、日本都有他们代表性的对撞机实验和完善的对撞机实验队伍。考虑到目前中国研究队伍所具备的条件和能力基础，建设未来对撞机无疑是合适的。
国内高能物理学界未来对撞机实验是分两步走的方案。花费是经过周密研究的，第一步未来电子对撞机，希格斯粒子工厂，目标明确技术成熟，项目的确立毫无疑问将极大促进高能物理对撞机实验的大发展，为未来高能物理其他领域和相关的交叉学科的蓬勃发展奠定基础。第二步，远景规划的大型质子对撞机（sppc）的实施是有条件的，只有在科学目标合适而且技术成熟的条件下才会考虑。杨先生所说的200亿美元花费，如果是把sppc当成当前未来对撞机项目花费是非常不合适的。我们现在希望讨论立项的是大型电子对撞机（cepc）花费400亿人民币，考虑国际出资300亿。
二：加速器费用拖累民生。对于这个观点，我认为，我们的环保问题和民生问题的发展，不仅仅是钱的问题。客观来讲，这属于国家战略考量的范畴。
三：加速器极大地压缩其他学科经费。这个零和思想可能会造成学科的恶意竞争，在当前科技创新产业升级的时代背景下，我们真正要问的是这笔钱投入了我们真正能够得到什么？王所长的回应都给了很好的答案。
四：我同意杨先生的部分观点，超对称存在只是一个猜想, 但中国未来对撞机实验不是为了建更大的对撞机寻找超对称粒子。关于cepc的科学目标是非常明确的，不是杨先生说的超对称也不是什么量子引力， 而是一个希格斯粒子工厂；通俗的讲就是产生很多希格斯粒子并精确测量它的性质，因为希格斯粒子是最重要的基本粒子（没有之一）。了解它的性质，对提高很多基本的重大科学问题的认识都会有极大的帮助。这里我举一个最简单的例子，希格斯粒子究竟是不是一个复合粒子，它是不是可分的。在多大的尺度上它还是一个不可分的粒子？而了解希格斯粒子的复合性毫无疑问会对希格斯引起的质量起源的动力学机制有更深刻的理解。我认为，这个科学目标明确并且可以实现。
五：关于高能物理无用论，我文章最开始已经对这个观点做了澄清。我很好奇的是杨先生年轻时的科学动力是什么？
六: 关于杨先生对于高能物理所的评论，以及当前中国高能物理学发展的现状，我觉得有必要看一些事实。美国排名前十前二十的大学中的大多数，有三成左右的物理系教员都是高能物理方向的，而我国不少排名靠前的大学高能物理整个方向完全是空白。国内高能物理发展得不是太多，而且太少。到目前为止，我没有见到任何一个一流科技的大国（还是美国，欧盟，前苏联，日本）高能物理在物理学科的人才比例比中国少。这是为什么？就是因为以杨先生为代表的人士鼓吹高能无用论，造成中国高能物理队伍少得可怜。没有队伍何谈发展成就？杨先生30年前就反对bepc的建设，在随后的升级改造过程中，也是一而再再而三的表达自己的观点。最终bepc的建设过程曲折，也有很多遗憾。但的确吸引了大量人才回国，取得了应有的学术成果并真正培养了中国高能物理学的人才队伍，并在随后的高能物理物理学中微子浪潮中取得了重大突破。反观香港的大学长期以来高能物理方向一片空白，清华大学物理系过去十几年高能物理方向人才流失，无法引进。直到最近我们才很欣慰地看到，香港的大学以及清华大学重新开始招聘高能物理方向的人才，学科的均衡发展正在为其走向世界一流大学创造坚实的基础。
建造大型对撞机，不仅会极大提升我国高能物理的研究实力，还会大大促进我国高校相关学科的人才培养，包括培养一批未来参加对撞机实验的一流学者。我不能认同杨先生说中国未来超大对撞机必将由90%的外国人主导的结论，这无疑是对我国现有的科研队伍和未来发展潜力的严重低估。杨先生在多年反对国内发展高能物理的队伍建设和科研活动，并利用自身的影响力阻碍一些学校发展高能物理学科后，如今又以国内高能物理人才队伍不足来反对建造大型对撞机，所作所为耐人寻味。
七：杨先生最后谈到了他对未来高能物理如何发展的看法。未来加速器原理到目前为止并没有真正的成熟新技术，而且风险极大。成熟的加速器技术在物理上的探索还没有走到尽头。何况未来加速器原理的大发展并不是空中楼阁，它依赖于加速器队伍的培养和大量加速器经验实践的积累。当前中国发展高能物理学科，实验队伍的技术提高和经验积累极其关键，当未来加速器原理有新的突破，这批人和队伍也将是中国甚至世界高能物理大发展的中流砥柱。
最后我想说的是，仅仅是中国高能物理学界对未来对撞机项目的预研，就已经吸引了一批国外的年轻学者回国加入到中国高能物理的科研队伍，在加上国内人员的共同努力，已经聚集和培养了一大批人才队伍，这些种子人才非常难得。我希望这批人才队伍和他们的科学成果积累，不会由于杨先生的表态或者网上的一些批评言论被无限转载放大而继续受到伤害。
