文/ 记者 李乃麟  编辑/孙燕燕

一个月前，绝大部分人可能对“对撞机” 是什么还一无所知。但是因为一场讨论，却让它逐渐演变为一个话题。究其原因，一部分因为，这场争论有丘成桐和杨振宁这样的顶级华人科学家参与。但更重要的是因为科学界对对撞机本身的质疑：它可能是一把让人类叩响“宇宙之门” 的钥匙，但也可能是一个没有人知道何时能产生财政回报的黑洞。

▲欧洲核子研究中心用大型离子对撞机实验中的铅离子碰撞产生的第一个铅离子的碰撞粒子轨迹

年初，观察者网刊文介绍了哈佛大学物理博士王孟源劝阻中国建设超级对撞机的文章，由于王孟源先生是最早实名反对该计划并愿意公开详细依据的人士，文章引起了广泛关注。该计划的倡导者，哈佛大学教授丘成桐回应了王孟源的意见，并提出了疑问：重量级的物理权威——诺奖得主杨振宁是否也反对?9月4日，杨振宁先生发表文章《中国今天不宜建造超大对撞机》，将这场讨论又提到了新的高度。不少读者在评论中表示，作为超级对撞机的另一位倡导者——中国科学院高能物理研究所所长王贻芳，是不是应该站出来正面回应一下杨振宁先生的反对意见?果不其然，仅仅一天之后，王贻芳就发表文章，驳斥了杨振宁先生的观点。而几乎与此同时，王孟源先生也发文驳斥了王贻芳。在这个问题上，“正反双方”阵营形成了2:2——王孟源和杨振宁反对，丘成桐和王贻芳支持。

那么这个引起争论的“超级对撞机”究竟是什么?“反方”究竟反对的是什么?“正方”一直坚持的理由又有哪些?让我们给您做一个梳理。

“对撞”一：建造“超级对撞机”是不是“无底洞”?

反对方：

杨振宁：1989 年美国开始建造当时世界最大对撞机，预算开始预估为30亿美元，后来数次增加，达到80亿美元，引起众多反对声音，1992 年国会终止了此计划，白费了约30亿美元。目前世界最大对撞机是CERN 的LHC。它的建造前后用了许多年，建造费加上探测器费等等加起来一共不少于100亿美元。高能所建议的超大对撞机预算不可能少于200亿美元。

支持方：

王贻芳：美国SSC(超导超级对撞机)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、管理不善、预算错误、造价飙升、国际合作不够等。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未来发展的基础和机遇、国际领导地位。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。

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。

那到底需要多少钱?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。第二步质子对撞机(SPPC)阶段，工程造价在1000亿人民币以内，时间是在2040-2050年左右。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。

过去50年间，国际上有许多成功的加速器工程，也有许多不太成功的加速器工程。这里不成功的都是质子加速器，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。而国内大型工程成功的案例很多，我们有成熟的估价、建造、管理经验。

反对方：

王孟源：SSC原本的预算在1987年是44亿美元，到1993年被裁的时候，总进度不到20%，隧道挖了不到1/3，但是预算已经涨到120亿美元。LHC在1998年开建时预算是26亿美元，到2008年完工实际花费了90亿美元(相当于101亿，2016年美元币值)，超支比率为346%。在SSC的预算里，这些项目占大约一半，所以如果LHC必须从头建起，总花费应该在200亿美元(2016年美元币值)左右。建成之后，LHC的运作花费大约是每年12亿美元，至今8年，总共又花了将近100亿美元。

“对撞”二：民生问题和“超级对撞机”，究竟谁是“当务之急”?

反对方：

杨振宁：高能所倡议在中国建造超大对撞机，费用由许多国家分摊。可是其中中国的份额必然极可观。中国仍然只是一个发展中国家，还有亟待解决的环保问题、教育问题、医药健康问题等。建造超大对撞机费用奇大，对解决这些燃眉问题不利，我认为目前不宜考虑。

支持方：

王贻芳：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力的物质科学及相关技术的顶尖人才。

在下一个五年计划开建大型对撞机，是我们在高能物理领域领先国际的难得的机遇。首先新发现的希格斯粒子质量很小，使我们有可能提出环形正负电子对撞机这个方案来研究它，且这个环形对撞机有机会改造成质子对撞机，有长达50年以上的科学寿命;其次，欧洲、美国和日本都有项目，20年之内很难腾出手来，我们的竞争环境相对较好;第三，我们有北京正负电子对撞机的经验，刚好这个机会是我们的长项，有技术和人员队伍的积累。

丘成桐：五十年来在欧美不同地方的高能对撞机每一次得出来的重要结果，都能震撼人心，因为它显示了大自然最基本结构的一部分。一百多年来，多少智慧，多少金钱，投入在一些看来没有用的基础科学上。但是这些投资却成就了今天西方国家文化的基础。

“对撞”三：建造“超级对撞机”究竟会不会挤压其他基础科学的经费?

反对方：

杨振宁：建造超大对撞机必将大大挤压其他基础科学的经费，包括生命科学、凝聚态物理、天文物理，等等。

支持方：

王贻芳：中国的基础研究经费目前占研发经费的比重大约是5%，从数字看，基础研究经费还有巨大的增长空间(大约每年1000亿人民币以上)，不存在挤压其他基础科学研究经费的情况。

我国的基础科学研究经费中有相当大的一个比重是用来购买仪器，如果我们突然平均地增加基础研究经费，或向某些领域倾斜，估计会大大拉动美欧日的GDP。而如果我们投入建造加速器，90%以上的钱会花在国内，会推动国内企业的技术进步和市场占有率，会培养有能力自己设计与建造设备的科学家和工程师。

“对撞”四：“超级对撞机”究竟能不能发现新粒子?

反对方：

杨振宁：高能物理学还有两项大问题没有解决：一是对剩下的第四种基本力量——引力的深入了解还有基本困难。二是还没有能了解如何统一力量与质量。因此有些高能物理学家希望用超大对撞机发现“超对称粒子”，从而为人类指出解决此二问题的方向。

但希望用超大对撞机来找到超对称粒子，只是一部分高能物理学家的一个猜想。多数物理学家，包括我在内，认为超对称粒子的存在没有任何实验根据，希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。

支持方：

王贻芳：粒子物理目前的标准模型只是一个在低能情形下的有效理论，需要继续发展更深层次的理论，虽然现在已有一些超出该模型的实验证据，但需要更多的实验证据指明未来的发展方向。目前已知的标准模型中的问题，大部分与希格斯粒子有关，因此更深层次的新物理应该会从希格斯粒子处露出蛛丝马迹。CEPC可以将希格斯粒子的测量精度提高至1%左右，比LHC好10倍，这就可以确认希格斯粒子的性质，判断希格斯粒子是否与标准模型预言完全一致。同时CEPC还有望首次测量希格斯粒子的自耦合，确定希格斯场参与的真空相变的形式，这对宇宙的早期演化具有重要意义。

如果有新的希格斯粒子耦合形式，新的伴随粒子，非点结构的希格斯粒子，或其它与标准模型的偏差，我们可以进行第二阶段，建造大型质子对撞机，直接寻找造成偏差的原因。这个原因当然可能是超对称粒子，也可能是其他粒子。对我们实验物理学家来说，我们会关心理论物理学家的预言，但不会依赖他们。现在预言对撞机会发现或不会发现猜想中的粒子，有点过于武断。

“对撞”五：高能物理的大成就对人类生活究竟有没有好处?

反对方：

杨振宁：我认为短中期内不会有，三十年、五十年内不会有。而且我知道绝大多数物理学家都同意我的这个说法。

支持方：

王贻芳：70年来，高能物理有许多成绩，其发展出来的技术与人类生活息息相关。没有高能物理，今天在医院里的很多检查与治疗(MRI，PET,癌症的放射性治疗等)就不会存在，或者不会那么先进，或者会推迟出现。没有高能物理，就没有(或者推迟出现)触摸屏，智能手机就是一个梦想;没有高能物理，就没有WWW网页，大家就不能上网，网络经济更是无从谈起。

中国建大加速器至少使我们可以在以下技术方面实现国产化，并领先国际：

a)高性能超导高频腔(应用于几乎所有的加速器);

b)高效率、大功率微波功率源(也可应用于雷达、广播、通信、加速器等);

c)大型低温制冷机(也可应用于科研设施、火箭发动机、医疗设备等);

d)高速、抗辐照硅探测器、电子线路与芯片等。

同时我们还可以在精密机械、微波、真空、自动控制、数据获取与处理，计算机与网络通信等技术方面领先国际。

反对方：

王孟源：杨先生说高能物理对人类未来不会有好处，王所长举了很多个以往的例子。如果王所长想用70年前的历史来预测未来30年的科学发展，是不是应该先解答为什么过去70年在对撞机上投资一直成指数曲线增加，却没有更多的类似贡献呢?(其实这是因为粒子的能阶越高，就越不稳定。高能物理到1950年代之后，能阶已经高到新粒子必然极不稳定，还没有飞出一个原子的直径就已经衰变了，那当然不可能有什么实际用处。

“对撞”六：建造“超级对撞机”，究竟能不能帮中国人得诺贝尔奖?

反对方：

杨振宁：中国建立高能所到今天已有30多年。如何评价这30多年的成就?今天世界重要高能物理学家中，中国占有率不到百分之一、二。建造超大对撞机，其设计，以及建成后的运转与分析，必将由90%的非中国人来主导。如果能得到诺贝尔奖，获奖者会是中国人吗?

支持方：

王贻芳：高能所取得的成果、各种国内外奖励与国内其它领域相比，绝对不少。与国际上比，还是可以跟他们比肩的。

中国人得诺贝尔奖，我觉得无法预料，也不是国家对基础科学投入的目的，更不是我们个人从事科学研究的目的。我们追求的是对自然界的理解和掌握。CERN发现了希格斯粒子，爱丁堡的希格斯拿到了诺贝尔奖。我们希望中国有一个CERN这样的研究机构、研究成果和技术能力，至于有没有爱丁堡这样的机构和希格斯这样的人去得诺贝尔奖，并不重要。

“对撞”七：中国高能物理的前途究竟在哪里?

反对方：

杨振宁：不建超大对撞机，高能物理就完全没有前途了吗?不然。我认为至少有两个方向值得探索：A. 寻找新加速器原理。B.寻找美妙的几何结构，如弦理论所研究的。这两方面的研究都不那么费钱，符合当今世界经济发展的总趋势。

支持方：

王贻芳：“新加速原理”确实是一个加速器发展的重要方向，也许将来(几十年内)能用于高能物理固定靶实验，或某些对束流品质要求不高的应用领域。在高能对撞机方面，无论是束流品质还是能量利用效率，都还有太长的路要走。在此期间，高能物理不能停止发展，等待这个新技术成熟。至于几何理论，或是弦理论，更是虚无缥缈，与实验有太多的距离，不是我们现在考虑的问题。■

(资料来源：微信公众号“知识分子”、“老顾谈几何”、新华网等)

TIPS：关键词释疑 

什么是对撞机?“粒子大炮”

对撞机就好像是一门“大炮”，它通过产生高能量的粒子，对另一个粒子进行轰击，轰击可能产生出新的粒子，也可能会造成两者的相互作用，相互作用后的粒子会和探测器物质发生反应。这样人们就可以了解作用后的粒子状态，再将它与之前的粒子状态进行比较，就可以倒推出新粒子的性质。此外，对撞机还可以使得微观尺度上模拟宇宙大爆炸后的宇宙初期形态，帮助科学家研究宇宙起源。它还可以帮助我们理解夸克和电子是否是宇宙的最小单元，暗物质和反物质的性质，引力的本质，宇宙的维度等重要的物理学问题。

□最大对撞机在哪?日内瓦

此前，最大的大型强子对撞机(LHC)位于日内瓦附近的侏罗山地下，它最大的发现是2012年近似发现了物理学“标准模型”中预言的“希格斯玻色子”存在的迹象。今年LHC 曾经发现一种新的粒子，但是最终也被证明只是统计涨落给人造成的错觉。这已经造成了许多人对超对称理论，包括与超对称理论关系密切的弦理论产生质疑，但也有科学家认为，这可能仍然是LHC 的设计局限造成的。