科學家發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”希格斯玻色子，基礎(chǔ)物理學未來將向何處發(fā)展？近日，中國科學家透露了建造下一代環(huán)形正負電子對撞機并適時轉(zhuǎn)為質(zhì)子對撞機的方案，以期更深入地揭開“上帝粒子”的奧秘，從而找到基礎(chǔ)物理學的新方向。

希格斯玻色子可以解釋為什么有些基本粒子具有質(zhì)量，對理解宇宙很關(guān)鍵。去年3月14日，歐洲核子研究組織率先宣布，先前探測到的新粒子是希格斯玻色子。去年10月，英國理論物理學家彼得•希格斯因希格斯玻色子的理論預言獲諾貝爾獎。

本月25日，在中科院高能物理研究所舉行的未來環(huán)形正負電子對撞機研討會上，所長王貽芳表示：“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)后，中國獲得了一個機會，就是利用我們成熟的環(huán)形加速器技術(shù)可以建造下一代環(huán)形正負電子對撞機。只有研究清楚了希格斯粒子的性質(zhì)，才有可能了解粒子物理未來的方向。”

“只有有了一個世界最先進的科研項目，才能吸引青年學者和世界頂級科學家來工作。”王貽芳認為，“世界上有個先例非常成功，就是日內(nèi)瓦的歐洲核子中心，自從它有了世界上最大最先進的加速器后，歐洲就代替美國成為了世界高能物理的中心。這是美國結(jié)束了得克薩斯州的超級超導加速器的后果，是美國的悲哀。”

中科院高能物理所所長王貽芳在開幕式論壇

對撞機是物理學家探討宇宙基本成分的最重要工具。能量超高的兩束粒子流對撞，濺出日常觀察不到的“碎片”，從而檢驗基本粒子假說。據(jù)介紹，下一代環(huán)形正負電子對撞機將瞄準希格斯粒子發(fā)現(xiàn)后對撞機實驗的核心前沿物理問題，其科學目標是精確測量希格斯粒子的性質(zhì)以及搜索標準模型背后更基礎(chǔ)的物理規(guī)律。其能量將是目前運行中的北京正負電子對撞機的60倍。從長遠來看，它可以改造為大型質(zhì)子對撞機，其能量比正在運行的歐洲核子中心的大型強子對撞機大7倍。

歐洲大型強子對撞機設(shè)備內(nèi)部

項目引諾貝爾物理獎得主熱評

在23日晚的開幕式論壇“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)之后：基礎(chǔ)物理學向何處發(fā)展”上，爭睹大師風采的年輕人擠爆了清華大學主報告廳。論壇由丘成桐教授主持。發(fā)表演講的外國專家有七位，包括兩位物理諾獎得主——大衛(wèi)•格羅斯和格拉德•霍夫特，還有菲爾茲獎和基礎(chǔ)物理學獎得主，弦論大師愛德華•維騰、基礎(chǔ)物理學獎得主尼瑪•亞哈尼•哈米德、基礎(chǔ)物理學獎獲得者約瑟夫•英坎德拉、狄拉克獎和櫻井獎獲得者盧西亞諾•邁阿尼、加州伯克利大學和日本東京大學教授村山齊。

開幕式論壇“希格斯粒子發(fā)現(xiàn)之后：基礎(chǔ)物理學向何處發(fā)展”

中國科學家提出的這一方案在國際物理界引起了巨大反響。菲爾茲獎得主、美國科學家愛德華?維騰表示，物理學仍然有許多問題亟須解答，如宇宙的起源，粒子質(zhì)量的起源等。如果能在目前對撞機的能量上再提高一個數(shù)量級，無疑將在揭示自然界奧秘上推進一大步。

美國普林斯頓高等研究院教授、中科院高能所高能物理前沿研究中心主任尼瑪•亞哈尼•哈米德認為，要徹底研究希格斯粒子，必須探索更微觀的世界，唯一的方法是建立更大的環(huán)形加速器。“這個加速器第一步可以進行正負電子湮滅的對撞實驗，這個階段會產(chǎn)生很多希格斯粒子，從而帶動相關(guān)研究。第二步我們可以在加速器上進行質(zhì)子-質(zhì)子的對撞實驗，從而探測更高的能量區(qū)域，觀察更微觀的尺度。”他說。

諾貝爾物理獎獲得者、美國物理學家大衛(wèi)?格羅斯認為，中國提出建設(shè)的下一代加速器將使中國在基礎(chǔ)科學領(lǐng)域處于中心位置。他甚至說：“我把這個夢想叫做‘中國的偉大加速器（The Great Accelerator）’，這會和萬里長城（The Great Wall）一樣引人矚目。它會比萬里長城的作用更大，會在科學技術(shù)各領(lǐng)域有突破和發(fā)現(xiàn)。”

失去發(fā)現(xiàn)“希格斯子”機會 美國為何下馬超導超級對撞機

超導超級對撞機是美國的一項“大科學”工程，1987年開始實施，后來發(fā)現(xiàn)“希格斯子”的歐洲強子對撞機幾乎是當年超導超級對撞機的翻版。但數(shù)年之間，其預算從最初的30億美元不斷增加至110億美元，最后在已經(jīng)投資20億美元并取得一些成績的情況下，于1993年因國會干預而被迫下馬。

支持建造超導超級對撞機的，主要包括高能物理學家諾貝爾物理學獎得主史蒂文·溫伯格（S. Weinberg）等人、能源部的官員以及來自德克薩斯州和其它州的一些議員。主要的理由是，建造超導超級對撞機可以滿足科學發(fā)現(xiàn)、學習、競爭、協(xié)作、未來發(fā)展等等的需要，有助于鞏固美國在基礎(chǔ)物理學方面的世界領(lǐng)先地位；在科學研究上能夠帶來突破性新發(fā)現(xiàn)；在經(jīng)濟方面可以給美國提供上千的就業(yè)機會，并帶動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展；建成之后還可以在教育、醫(yī)療等相關(guān)民用領(lǐng)域起到不可估量的作用。因此，盡管耗費巨大但物有所值。

反對建造超導超級對撞機的，主要是以諾貝爾獎獲得者安德森（P. W. Anderson）為代表的應(yīng)用物理學家，和來自其它研究領(lǐng)域的科學家，以及來自各州的議員代表。還有從事宇宙背景微波輻射研究的諾貝爾獎得主彭齊亞斯（A. Penzias）等人。反對方的理由有：超導超級對撞機解決的只是物理學中的基本問題，而非科學的基本問題；它只是解決物理學中基本問題的途徑之一，而非唯一途徑；建造它需要大量的科技人才，這些人才資源的耗費將給其它同樣需要科技人才的行業(yè)帶來巨大的損失；建造它還將影響政府對其它科研項目的投資。此外，反對方還對超導超級對撞機的應(yīng)用前景提出質(zhì)疑，認為應(yīng)該考慮將建造它的資金投到其它更緊迫和能夠獲得收益的研究領(lǐng)域中。

對于中國的新對撞機計劃，王貽芳表示：“預計經(jīng)費占國家GDP的比例，比三十年前中國政府決定建設(shè)高能所的北京正負電子對撞機占當時國內(nèi)GDP的比例還低。20年后，中國將成為世界最大的經(jīng)濟體，也很有理由建造世界最大的加速器。”