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丘成桐为什么期待在中国建巨型对撞机

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-11-24 编辑:成长

作者:张宣忠资料来源:中国科学新闻发布日期:2016/4/29 8:757336050

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Why丘成桐期望在中国建造大型对撞机

《从万里长城到巨型对撞机》,【美国】丘成桐等,何鸿健等译。电子工业出版社2016年4月出版

■张宣忠

●该机周长高达100公里,足以将物理学带入其中

●LHC建成后,将吸引大约1万名顶尖科学家到中国工作。像游牧民族一样,这些科学家需要找到有草的地方放牧牛羊并发展他们的事业。世界上只有一个巨型对撞机。

3月13日,丘成桐在清华大学发表了题为“物理、数学和对撞机”的大型演讲,他在演讲中再次提到他将推动中国大型对撞机的建设。十多天后,他的新书《从万里长城到巨型对撞机》中文版在中国出版了。

物理学近期事件概述

通读《从万里长城到巨型对撞机》是一次愉快的经历。表面上,这本书是为了在中国“销售”超级对撞机。事实上,这本书没有涵盖超级对撞机的许多部分。除了4个推荐的序言和超级对撞机的最后一章,其余的都在谈论物理学的最新发展。因此,这是一本非常流行的物理学科普书。

本书基本涵盖了近年来物理学的主要新闻,包括获得科学突破奖(中微子振荡参数测量)的中国科学院高能物理研究所所长王方毅的工作和希格斯诺贝尔奖的理论工作,以及欧洲核中心大型强子对撞机LHC对希格斯粒子的发现。所有这些都成为这本书的背景知识。可以说,这些也是我们这个时代的科学背景。

这本书提到了中国在贵州的500米射电望远镜FAST和在四川锦屏的潘达地下暗物质实验项目。该书还提到了原引力波探测项目“阿里计划”(Ali Plan),该项目计划在西藏阿里地区实施。因此,这是一个及时的物理新闻百科介绍。读完之后,你至少可以知道中国物理正在发生什么巨大的变化。

中国高能物理需要突破

丘成桐,这本书的作者之一,哈佛大学数学和物理教授。三年前,哈佛大学物理系邀请他当教授,主要是因为数学和现代物理学与他关系密切。许多高能物理学家认为,LHC是整个理论问题中最重要的支柱,他们对在中国建设一个LHC抱有极大的兴趣和希望。

丘成桐的“卡拉比-希尔”空间被用于超高能物理的超弦理论,所以他也希望有一个超高能对撞机来验证超弦理论的超对称部分。

当丘成桐和诺贝尔奖获得者大卫格罗斯在北京举行会议时,后者建议他把这本书命名为“从长城到大碰撞器”,因为伟大的实验需要像长城一样,长城是一座2000多年来缓慢建造的伟大建筑,而巨大的碰撞器需要很多时间。他们希望在大约20年内建成,地点将在中国秦皇岛山海关附近。

在书中,丘成桐指出中国建造大型对撞机有其历史原因。

中国物理在过去的50到60年里做了很多工作。1957年,物理学家李政道和杨振宁提出了宇称不守恒的概念,这一概念很快被实验所证实。他们获得了诺贝尔物理学奖。1976年,物理学家丁肇中发现了一种新的基本粒子,这部分证实了当时尖端夸克模型的正确性,并获得了诺贝尔物理学奖。受这些人成功经验的启发,20世纪80年代,国家领导人支持在北京郊区建造正负电子对撞机。中国物理学家在“道韵”物理学方面一直保持着国际领先的记录。然而,近30年后,北京正负电子对撞机耗尽了能量区的物理学。未来的出路何在也是中国在高能物理领域必须面对的现实问题。

尽管大亚湾中微子实验有了历史性的新突破,欧洲核子研究中心大型强子对撞机LHC发现希格斯粒子无疑更加轰动。希格斯粒子的研究目前处于瓶颈状态。为了找到更多的希格斯粒子,需要一个希格斯工厂,这对于欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机来说是不可能的。

在书中,丘成桐指出,对标准粒子物理模型中最终元素长达48年的探索最终导致了2012年希格斯玻色子的发现。当人们还在庆祝这一伟大胜利的时候,中国科学家已经开始了一个新的旅程,他们将继续人类对自然基本组成部分的探索几个世纪。具体来说,他们开始为建造巨型加速器做基本准备。这台机器的周长可以达到100公里,这足以把物理学带入一个前所未有的高能领域,在那里有可能发现大量新粒子和新的物理对称性。

在书中,建造这样一个巨大的对撞机势在必行:即使标准模型能够以惊人的精确度描述基本粒子的行为,它仍然是不完整的,因为该理论无法解释大爆炸、万有引力、暗物质和暗能量等深远的现象。

巨型对撞机的影响

关于这本书,作者曾在清华大学丘成桐数学科学中心与丘成桐先生进行过面对面的交流。丘成桐认为,LHC建成后,将吸引大约1万名顶尖科学家到中国工作。像游牧民族一样,这些科学家需要找到牧场来放牧和发展他们的事业。世界上只有一个巨型对撞机,他们肯定会来中国进行合作研究。他们的工资由所在国家的大学和研究机构支付,他们的到来相当于中国把哈佛大学和其他着名的美国大学带到了中国。毕竟,在中国工作了很长时间的哈佛、普林斯顿和其他顶尖大学的教授并不多。

从某种意义上说,在中国建造大型对撞机就像在中国建造“科学联合国”,这也是中国科研体制改革的巨大推动力。

虽然一些科学家担心中国大型对撞机的建设可能会导致大量科研资金流向高能物理领域,但他们反对。另一个观点是,超出粒子物理标准模型的理论尚未完全建立。目前,巨型对撞机的建造就像盲人触摸大象,盲人猫触摸死老鼠。如果最终没有发现新的物理学呢?

关于这一观点,丘成桐对作者说:“LHC对物理本身和整个中国的科学研究都有重要的好处。科学应该以大局为基础,不能只看到自己的利益。如果找不到新的物理学,那也不是坏消息。这就像先前迈克尔森-莫雷为了测量以太网漂移而进行的实验,最终测量到零结果但这最终导致爱因斯坦提出狭义相对论。因此,找不到新物理不一定是坏消息。”

总之,丘成桐认为在中国建设LHC所需的400亿元将在20年内投入,财政压力不会太大。这个项目的科学价值是无与伦比的,这是中国要成为世界一流和负责任的科学强国应该做的事情。

《中国科学报》 (2016-04-29第6版)

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