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?何小剛。來源：國立清華大學(xué)物理系

撰文 | 何小剛（上海交通大學(xué)、國家千人計劃講席教授，臺灣大學(xué)特聘教授）

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《知識分子》2017年1月25日刊登了中國科學(xué)院理論物理所何祚庥院士對中國建設(shè)大型對撞機的意見。此長文分六大部分。本人仔細(xì)拜讀了何院士的文章，并與許多同事和朋友進(jìn)行了深入討論，大家都深感失望。文中充滿與事實相差甚遠(yuǎn)的描述和錯誤的主觀臆斷。一些同事和朋友鼓勵本人對何院士的文章做一個述評。本人作為長期從事粒子物理研究和關(guān)心中國建設(shè)大型對撞機的研究人員，覺得確實應(yīng)該讓公眾對相關(guān)物理部分有一個正確了解，將事實與臆測作必要的區(qū)分，以免誤導(dǎo)。

何院士文章的第一與第二部分從為什么美國SSC被取消以及他對所謂“大沙漠”理論的介紹，對由科學(xué)院高能所所長王貽芳院士領(lǐng)導(dǎo)的在中國建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機CEPC和強子對撞機SPPC的努力提出質(zhì)疑。何院士認(rèn)為，“對于SSC項目的決策，實為國家主持財政的人員認(rèn)為這一項目并沒有太大的科學(xué)價值，且花費大，將會影響國家的發(fā)展能力，因而最終拋棄?！辈恢@個結(jié)論是來自于何院士自己還是有文獻(xiàn)或檔案依據(jù)。據(jù)我的了解，雖然美國國會取消SSC的內(nèi)情復(fù)雜，但主要原因包括當(dāng)時的政府赤字且與國際空間站爭奪經(jīng)費、美國的兩黨政治斗爭（克林頓接替布什執(zhí)政）、德克薩斯與其它地區(qū)的區(qū)域競爭，還有管理不善、預(yù)算錯誤、國際合作不夠等。具體依據(jù)請參考當(dāng)時SSC的負(fù)責(zé)人之一、美國斯坦福大學(xué)教授S. Wojcicki的文章【1】及由歷史檔案學(xué)家、物理學(xué)家和記者合寫的研究著作Tunnel Vision【2】。今天國際高能物理學(xué)界公認(rèn)的是，SSC半途下馬使美國的高能物理研究失去了發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的機會，失去了國際高能物理的領(lǐng)導(dǎo)地位。這是一個錯誤的決定?？肆诸D總統(tǒng)在1998年的一次講演中為此明確表示后悔【3】。

何院士的一個主要觀點似乎是凡是美國政府不做的我們都不應(yīng)該做。但是，正如王貽芳所長在《知識分子》上發(fā)表的回應(yīng)楊振寧先生的批評文章中所指出的，“今天的中國已經(jīng)干了很多美國人不干、或干不了的事，未來這樣的事還會有。SSC失敗，不代表我們就不能建造大型加速器”。計劃中的CEPC能大量產(chǎn)生希格斯粒子并對其做精確研究，一些重要物理量的測量精度會比LHC提高10倍。因此無論LHC是否發(fā)現(xiàn)新物理，CEPC都是需要的，這是粒子物理發(fā)展中跳不過去的一步。

這種“美國一貫正確“的論點已經(jīng)被歷史反復(fù)證明是錯誤的和有害的?；氐絊SC下馬的例子上。歐洲核子中心當(dāng)時堅信高能對撞機的物理意義。他們并沒有因為美國政府取消SSC停下前進(jìn)的腳步，而是聯(lián)合各國的物理學(xué)家，繼續(xù)大型強子對撞機的建設(shè)。這個正確的決定帶來了豐碩的成果，不僅導(dǎo)致了希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)，也使歐洲在高能物理方向上成為世界的領(lǐng)袖。

何院士認(rèn)為基于“大沙漠”理論，未來的加速器將不會有新發(fā)現(xiàn)。在此首先要澄清，“大沙漠”并非一個理論，而僅是一種猜測。從目前在10³ GeV左右還沒有發(fā)現(xiàn)新粒子出發(fā)就推斷能量一直高到10¹⁹ GeV（16個數(shù)量級?。?/span>都不會有新物理，這種猜測的可靠性可想而知！三十年前，“大沙漠”曾是一類特定的大統(tǒng)一理論（一般以SU（5）理論為代表）的預(yù)言。這在大統(tǒng)一理論出現(xiàn)早期被認(rèn)為是合理的。但是到上世紀(jì)九十年代，這類大統(tǒng)一理論與質(zhì)子的長壽命、e⁺e^-（編者注：正負(fù)電子）對撞實驗的許多結(jié)果不符，簡單的“大沙漠”假設(shè)不得不被放棄。目前的主流理論，包括超對稱理論，認(rèn)為應(yīng)該存在10³ GeV量級的新粒子。這樣統(tǒng)一理論能夠自然實現(xiàn)，是解決大統(tǒng)一問題的較好方案。當(dāng)然這些理論也是某種猜測，它們能否描述自然界，仍需要下一代的加速器實驗來指出正確的方向。但以“大沙漠”理論作為出發(fā)點來說明新的加速器沒有必要，實在是不能自圓其說。

何院士在其文章的第三部分得出結(jié)論：“將上述兩個論述（即“SSC下馬”和“大沙漠理論”）結(jié)合，只能認(rèn)為，王貽芳所長提出的CEPC-SPPC方案，只不過是已經(jīng)被美國國會完全拋棄的‘創(chuàng)新’”。這個結(jié)論與實際情況相差甚遠(yuǎn)。事實上，CEPC與SPPC的方案與SSC方案有本質(zhì)不同。首先這里有一個正負(fù)電子對撞機作為第一步，這是SSC所沒有的。而這第一步電子對撞機也不是中國獨家，事實上還面臨與日本的國際直線對撞機（ILC）和歐洲的未來環(huán)形對撞機（FCC）的競爭。在發(fā)現(xiàn)希格斯粒子前后，歐洲在2012年初提出建設(shè)環(huán)形正負(fù)電子對撞機（希格斯工廠）來研究希格斯粒子；王貽芳所長在2012年9月提出建設(shè)環(huán)形正負(fù)電子對撞機（CEPC）并在后期改建為質(zhì)子對撞機（SPPC）的設(shè)想；歐洲在2012年底提出未來環(huán)形對撞機，包括電子部分（FCC-ee）與質(zhì)子部分（FCC-hh）的設(shè)想。可見在這一波國際上關(guān)于高能物理未來發(fā)展的討論中，我們中國科學(xué)家首先提出了將希格斯工廠與質(zhì)子對撞機相結(jié)合的設(shè)想，是有創(chuàng)新性貢獻(xiàn)的。即使是后期的質(zhì)子部分與SSC與FCC_hh有相似的地方，技術(shù)方案也是完全不同的。目前高能所設(shè)想的是比FCC還要激進(jìn)的全高溫超導(dǎo)磁鐵（特別是鐵基超導(dǎo)）方案，以此來發(fā)展高溫超導(dǎo)技術(shù)，帶動一個全新的領(lǐng)域并對國民經(jīng)濟產(chǎn)生重大影響。這是一個極為創(chuàng)新的方案，絕不是一個別人“拋棄的方案”。

何院士在第四部分給大家上了一堂“邊際效用遞減規(guī)律”的經(jīng)濟學(xué)課。對沒有涉獵相關(guān)領(lǐng)域的人們來講應(yīng)該說是有益的。何院士從希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)與去年風(fēng)行一時的750 GeV粒子的消失，作出高能對撞機在LHC能區(qū)，其“邊際效用”已遞減為零的結(jié)論。何院士說：“日內(nèi)瓦中心的LHC對于高能物理的貢獻(xiàn)是巨大的，它運轉(zhuǎn)了20年，先后共發(fā)現(xiàn)了四個重要粒子——W^±、Z⁰、t夸克和希格斯粒子Higgs，而且?guī)缀跬隄M地證明了‘標(biāo)準(zhǔn)模型’的正確。現(xiàn)在只剩下一個小問題，即輕子數(shù)是否‘絕對’守恒問題尚未完全解決”。首先必須更正一下：W^±與Z⁰粒子是34年前在CERN的SppS上發(fā)現(xiàn)的；top quark是24年前在美國費米實驗室發(fā)現(xiàn)的；LHC實驗發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，迄今運行不到7年。這個例子極好地說明了，科學(xué)的重大發(fā)展是多少國度，多少代人的努力來實現(xiàn)的。其實LHC在發(fā)現(xiàn)希格斯粒子后有了新的開始，更多的數(shù)據(jù)將會提供新的方向。在此要特別提請讀者注意，在人類科學(xué)發(fā)展史上已有多次，科學(xué)的框架看起來已似乎趨于完美，也就是何院士的“邊際效用”已遞減為零。但新的實驗總是超出人們的想象力，出乎預(yù)料地打破這種“完美”。如經(jīng)典力學(xué)與電磁學(xué)的建立，相對論與量子力學(xué)的誕生等。探索未知才是科學(xué)發(fā)展的真諦。CEPC可以讓我們領(lǐng)略新的未開墾領(lǐng)域，也許是人類了解最基本自然規(guī)律超級“邊際效應(yīng)”的最好途徑。

在過去幾十年間，中國已在各個層次，包括科學(xué)研究，產(chǎn)業(yè)發(fā)展，工程施工等各方面都有長足的進(jìn)步。高能所在按時、按預(yù)算執(zhí)行國家大型科學(xué)計劃等方面都有良好紀(jì)錄。特別是最近剛剛獲獎的北京正負(fù)電子對撞機重大改造工程和大亞灣中微子實驗并無中央領(lǐng)導(dǎo)或特殊人物的具體參與。從BEPC建造到現(xiàn)在二十多年過去了。國家在執(zhí)行大計劃的規(guī)范更健全、建設(shè)團(tuán)隊能力也極大的增強的今天，為什么不能夠按計劃時間和計劃經(jīng)費與國際團(tuán)隊合作完成？何院士是否應(yīng)該對中國團(tuán)隊的成長以及團(tuán)隊能力要有更多的信心，以此激勵中國科學(xué)事業(yè)的蓬勃發(fā)展？

何院士在結(jié)尾的部分引用了與諾貝爾獎得主丁肇中教授的私人交談。在討論王所長關(guān)于CEPC的建議時，何院士引述了丁教授的話“干嘛弄這個？一點意思也沒有。”人們無法知道是否確有其事，但去年《知識分子》和丁教授有過較正式的公開交流。在此特引用2016年10月22日《知識分子》推送的原文：

在《知識分子》刊登何院士的文章后，《科學(xué)春秋》又在2017年1月27日刊出了何院士給諾貝爾獎得主楊振寧先生的電子郵件和楊先生簡短的回復(fù)（詳見

http://mp.weixin.qq.com/s/TKlanCFI7eRD7XFMomt5yA）。何院士在郵件中指出現(xiàn)在的討論其實集中在希格斯工廠上。既然如此，何院士在《知識分子》上的文章仍然以SPPC為主要目標(biāo)就令人費解了。何院士在郵件中對CEPC的描述有很多錯誤。例如，何文說一個30公里的Z工廠造價極低，可以得到比CEPC多10⁶～10⁸倍的Z粒子。但實際上最多只有100倍，造價也不會低過2倍。中國高能物理學(xué)會對此方案及其它一些方案都有過討論，從科學(xué)意義、國際競爭、技術(shù)進(jìn)步與能力、造價等各方面綜合分析，大家的結(jié)論是CEPC優(yōu)先。何文還將CEPC和日本考慮建造的國際直線加速器ILC（注：何文中的英文縮寫有誤。SLAC是美國斯坦福直線加速器實驗室的英文縮寫）相對比，說CEPC的亮度（直接影響到產(chǎn)生希格斯粒子的數(shù)量）比ILC小一個數(shù)量級。而事實正相反！在希格斯工廠的能區(qū)，CEPC這樣的環(huán)形對撞機比直線對撞機亮度高已經(jīng)是公認(rèn)的基本事實。在同樣的能耗下，ILC能得到希格斯粒子數(shù)只是CEPC的五分之一，而價格卻是CEPC的兩倍。CEPC還同時可以作為Z工廠，而ILC不能。兩者的性價比任何人都可以看得很清楚。

在給何院士的回復(fù)中，楊先生又一次提到了大型對撞機需要的錢是無底洞。在之前的辯論中，CEPC需要的錢已經(jīng)由大量的事實和詳實的數(shù)據(jù)進(jìn)行過論證。 “無底洞”是一種沒有任何根據(jù)的猜測。楊先生說CEPC不能解決引力量子化問題。但事實上CEPC甚至SPPC的科學(xué)目標(biāo)從來就不是引力量子化問題。用這個來批評CEPC就像說發(fā)射火箭不能治療癌癥一樣。

總的來說，本人認(rèn)為何院士文章的出發(fā)點錯誤，很多論據(jù)與事實不符，由此得出的結(jié)論自然不可能正確。有關(guān)CEPC-SPPC計劃的方方面面在前幾個月的公開討論中有詳細(xì)的論述。在這里主要討論何院士最近的文章而不可能面面俱到。值得欣慰的是，CEPC-SPPC的預(yù)研工作在國內(nèi)國外蓬勃開展，吸引了眾多的青年物理學(xué)工作者?？茖W(xué)的發(fā)展正在“長江后浪推前浪”。

注釋：

【1】S. Wojcicki, Rev. of Acce. Sci. and Tech. Vol. 1 (2008) 259–302; Vol. 2 (2009) 265–301. 

【2】M．Riordan, L. Hoddeson and A. Kolb, Tunnel Vision – The rise and fall of the Superconducting Super Collider, The University of Chicago Press，2015

【3】https://www.aip.org/fyi/1998/president-clinton-addresses-mit