该不该建“超大对撞机” 让我们科学地“开撕”

图文:中国数字科技馆 | 2016-11-28

导语:
  近日,一场围绕“中国该不该建超大对撞机”的科技大辩论持续升温,丘成桐和高能物理学家王贻芳力挺建造对撞机,而杨振宁和评论家王孟源则明确反对,正反双方观点强烈碰撞,使得这场辩论成为了近期关注度最高的科技话题,并逐步走入普通公众的视野。他们为什么对这个“超大对撞机”如此感兴趣?学界辩论为什么会引起广泛关注?“建”还是“不建”,究竟代表着什么含义?本期微专栏,让我们跟随科学家们的脚步,一起科学地“开撕”!

“超大对撞机”是何方神圣?

   “超大对撞机”,这个使得众多物理学家们为之着迷为之疯狂的东西到底是什么呢?从概念来看,对撞机是在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置,其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流,到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞,以产生足够高的相互作用反应率。

  如果你和小编一样也是文科生一枚,是不是已经被上面的专业术语暴击了一万点。“前级加速器”是什么?“束流强度”是什么?“相互作用反应率”又是什么?

  简单来说,对撞机的原理是科学家们人为制造的一场“高能粒子车祸”,通过对带电粒子进行加速,使其相互对撞,就如两辆货车撞在了一起(当然,能量要比货车高得多),“车祸现场”就会有“残片”甩出,这些“残片”中也许就有新粒子或粒子的新性质产生,这些新发现可能对我们解答物理学中的“疑难杂症”有巨大推动作用。

  基本粒子之所以能够拥有巨大能量,并不是本性使然,而是科学家们“加速”出来的,所以对撞机也被称为加速器。我们知道,使用电磁场可以对带有电荷的粒子进行加速,使其越来越快。就像一匹马被放进跑道后,驯马员不停地抽它,它就越跑越快一样。所以,对撞机中使用的都是带电荷的粒子。速度极快的粒子相撞,会撞出什么呢?这也是科学家们强烈渴望知道的。由此,“超大对撞机”的科学意义似乎就容易理解了。

  粒子加速器原理图

  然而,对撞机的原理看起来虽然并不复杂,但真正复杂的是监测撞出的粒子的过程。有个物理学家比喻说:你真正感兴趣的是两粒橙子的籽儿能撞出来什么,但你真正用两个橙子相撞时,就会汁液四溅,果肉果皮碎屑横飞,一片混乱。

榜上有名的那些“对撞机”

  搞懂了对撞机的原理,让我们一起来看看对撞机花名册上都有哪些对撞机呢?

  ● Tevatron质子/反质子加速器

  位于芝加哥附近的费米国家加速器实验室是当今世界上顶尖的宇宙学、物理学研究基地,而Tevatron质子/反质子加速器是美国费米实验室的“代表作”,它是当时世界上能量输出第二高的粒子加速器,最高总能量在2011年停机前达到了2TeV,能将质子加速到接近光速,帮助科学家探索物质、空间和时间的奥秘。

  费米实验室在进行加速器预制研究

  ● 北京正负电子对撞机(BEPC)

  北京正负电子对撞机(BEPC)是我国第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。它是基于电子及其反粒子,在对撞机上将两个粒子的能量加得比较高,使其发生碰撞从而对其进行研究。北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置,也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。它的建成和对撞成功,为我国粒子物理和同步辐射应用开辟了广阔的前景,且取得了一系列国际公认的研究成果。

  北京正负电子对撞机(BEPC)

  ● 最大的大型强子对撞机(LHC)

  坐落于瑞士和法国交界处一个隧道内的大型强子对撞机(LHC)是迄今为止世界上规模最大的粒子对撞机,它的周长有27公里,能够产生14 TeV的对撞能量。2012年6000位物理学家用此对撞机发现了Higgs粒子(希格斯粒子),是粒子物理学的大事件,验证了“标准模型”。此粒子因让整个宇宙产生质量,而被称作“上帝粒子”。

  大型强子对撞机(LHC)

“对撞”上线——学界辩论放异彩

  该不该在中国建超大对撞机?科学界大牛们纷纷亮出自己的观点,这场难得一见的学界盛宴岂能错过?让我们一同来回顾一下这场精彩的科技辩论:

  首先出场的是正方辩手们:哈佛大学数学系和物理系教授、菲尔兹奖得主丘成桐,中科院高能物理研究所所长王贻芳等科学家。

  丘成桐

  王贻芳

  正方观点:该建。

  正方论点:

  1.对撞机已有的研究成果震撼人心,值得进一步研究。

  2.研究团队有能力建造。

  3.有利于开展国际合作,引进先进技术。

  3.国家财力可以承担超大对撞机的建造。

  接下来出场的是反方辩手:诺贝尔物理学奖得主杨振宁,原哈佛大学物理学博士王孟源等科学家。

  杨振宁

  反方观点:不该建。

  反方论点:

  1.耗资巨大,中国目前的国情,不宜建造。

  2.为一个猜想之上的猜想,挤压其他真学科经费空间没有必要。3.建造价值不明显,对国人没有实际好处。

  3.基于中国高能物理学现状,即便产生结果也可能与中国没有关系。

  这场辩论赛的中心思想大致有两方面:一,建造超大对撞机的科学意义究竟有多大? 二,建设超大对撞机在经济上值不值?

  最终是谁赢得了这场辩论尚未可知,但是在普通公众看来,输赢似乎已经不那么重要了。因为这场辩论带给我们一种全新的“公众参与科学”的体验,即使是高能物理学这样高门槛的科学领域,有了科学大咖们的公开发言,普通公众也能够直接了解到科学的最新进展。更重要的是,借助网络的力量,我们能够参与到科学事件的决策中来,公开发表自己的看法,这本身就是科技的进步和对科学精神的尊重。

  (本文部分内容来源于网络,如有版权问题请与我们联系。)

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