成為下一個高能物理的世界領袖，中國可以么？_EPC:LHC

文章來源：知識分子

圖11969年10月，羅伯特·R·威爾遜在主環加速器奠基儀式上|圖源：費米實驗室

1古老的問題

如果威爾遜能活到現在，或許他會拍著肩膀，用慈愛的目光安撫他的這些后輩們——“嗨，孩子們，別怕，你們的這些個遭遇，我一早就經歷了。”

大概半個世紀前，在1969年4月17日，作為費米實驗室的主任，威爾遜在原子能聯合委員會面前作證，為的是造一臺質子加速器。

主持會議的參議員約翰·帕斯托，一次次不厭其煩地問，這臺加速器是否有助于國家安全？

“不能”，幾乎沒猶豫，威爾遜干脆地說。

帕斯托本想支持這個項目，對威爾遜的回答，他多少有些不甘。

最后，帕斯托換了種方式問，這個加速器是不是有助于保持對蘇聯的競爭力？

這時，威爾遜說出了這段日后傳為美談的話——

“只能從長期來看，技術發展可以；除此之外，這僅和如下有關：我們是不是好的畫家、好的雕塑家、好的詩人？我的意思是，只和我們這個國家所尊崇的所有那些美好的事物有關，因為它們的存在，我們愛這個國家。從這個意義上，這個項目帶來的新知識，與榮譽、與愛國有關，和國家安全沒有一點直接的關聯——只是我們覺得，做這件事，讓這個國家更值得被保衛。”

戰后核物理學家的地位雖不比從前，但當時美蘇爭霸，是否建立反彈道導彈系統正在激烈的辯論中，威爾遜哪怕往國防上蹭個一星半點，這個項目獲批的概率都會大大增加。

但威爾遜沒有選擇這樣做，他選擇了實話實說。他所爭取的質子加速器，純粹是為了揭示自然的奧秘。他說——

“造這臺機器有望解答人類長久以來的一些疑問，比如，有沒有對自然的更簡單的理解，用幾種而不是這么多的‘基本’粒子就可以解釋一切物質和生命復雜性。”

對于這些科學上的描述，一般人即使能聽懂個大概，也不見得會有強烈的共鳴。事實上，整個聽證會更多地集中在“非科學”的層面，參議員們關心的仍然是，科學之外，建這個加速器，還有別的用處么？

例如，帕斯托就曾在聽證會上連珠炮似地詰問——

全國還有多少人在忍饑挨餓，住在老鼠亂竄的房子里，花2.5億美元建造這臺機器，究竟能做出什么發現？你們號稱找“想象中的未知的力”，卻反對建造反彈道導彈系統，說做不成，到底能不能做成？是不是只有教育和學術方面的價值？到底是送人上月球更重要呢，還是先喂飽挨餓的孩子更重要……

通常來說，一個基礎性的科研項目，科學的目的本身就夠了，但依賴于大型科學裝置的粒子物理實驗，似乎是個例外。

在二戰后持續至今的和平時期，在失去國防這一最大的“正義”后，面對政府和社會的疑問，威爾遜和他的后輩們，需要為粒子物理這個領域的繼續發展尋找一個有說服力的支撐。

如果直接的科學理由一般人不容易聽懂，那只好搬出間接的經濟的、技術的、社會等層面的理由。

威爾遜就舉出了核能的例子，“如果不是早期對核能的基礎性探索，就不可能有核電站，我們今天站在這就吸不上潔凈的空氣”。

他還提到，長期來看，基礎研究的結果會帶來直接的新的技術，另外，因為加速器涉及的都是很奇特、實現極其困難的技術，也會間接帶來相關的技術進步，例如斯坦福大學直線加速器的速調管，早期回旋加速器研究的真空泵，以及在戰時非常有價值的高頻振蕩器管，計算機技術，所有這些都源自加速器的工作......

有趣的是幾十年過去，粒子物理學家們，還不得不繼續為一個本來是探索科學的項目，拿這些“科學之外”的理由作“擋箭牌”。最近有關建造下一代對撞機的討論，某種程度上，也是這種尷尬情形的延續。

2012年7月4日，歐洲核子研究中心宣布，在瑞士日內瓦近郊的大型強子對撞機上發現了酷似希格斯的粒子。不久后，中國、歐洲、日本的高能物理學家陸續宣布，他們將建造稱之為“希格斯工廠”的對撞機，以精確測量希格斯粒子的性質，期待找到超越標準模型的新物理。而美國在宣布支持日本的希格斯工廠計劃后，最近也在躍躍欲試，籌劃主持建造希格斯工廠。

不出意料，問了幾十年的“老問題”再次浮現——

人民可以負擔得起么？是不是有其他更需要花錢的事情？會不會擠占了其他領域的經費……

圍繞中國是否主持建造希格斯工廠，過去幾年中，也發生了激烈的辯論，引來了社會公眾的極大關注。

中國的“希格斯工廠”——環形正負電子對撞機預算在360億左右，主要由中國科學院高能物理研究所首先提出并推動實施。

質疑者關心的一個重要問題是，今天的中國，可以負擔如此規模的大裝置么？花這筆錢值么？

支持者，如美國杰斐遜國家實驗室的資深科學家張裕宏，認為中國目前己具備強大國力，可以建造數百億元人民幣級別的大科學項目。

他提出，相對人均負擔更能準確反映一個國家對大科學項目的承受能力。在大科學裝置總造價確定的情況下，一個國家的GDP越高，就越能負擔得起。

據中國國家統計局，2021年，中國經濟總量達114.4萬億元，突破110萬億元，穩居世界第二。用360億人民幣除以110萬億，得到CEPC的相對人均負擔為0.00032，約萬分之三；考慮到360億是項目執行十年內總的投資，如果按每年開銷36億算，只有十萬分之三。與其他幾個建造大裝置的國家和地區比較后，這個數值并不高。

在“值不值”的問題上，有意見認為，與其拿這筆錢造對撞機，不如用到更緊急的事情上，比如“扶貧”。

“都這么問的話，那真的什么都不要做了”，中國科學院高能物理研究所研究員阮曼奇說，“在解決貧困之前，不要修鐵路，不要辦教育，不要發展科學。”

貧困人們的生活需要得到改善，但也許不該與高能物理的大項目花費形成直接的競爭關系，在他看來，畢竟粒子物理學家并不是挪用了“扶貧”款的人。

“十億美金或者百億人民幣級別的項目，確實是大項目，就像剛剛美國航空航天局發射的韋布望遠鏡，花費達到了百億美金。這些大項目，不是兒戲，我非常贊同大家認真來討論，但套用趙本山的一句話，不差錢，關鍵是不是被列在了優先級上。”美國匹茲堡大學物理及天文系教授韓濤說。

他進一步將希格斯工廠與其它花費不菲的項目做了比較——

“中國高鐵百公里造價也上億人民幣，CEPC相當于造300公里的一條高鐵，相當于建一條北京5號地鐵線；同樣，美國的軍備投資一天就超過20億美金，140億人民幣。希格斯工廠雖然規模大，但10年50億美金不是拿不出，主要看愿不愿意。”

觀點：社交代幣可以成為下一個連接非加密貨幣用戶的橋梁:金色財經報道，Swarm副總裁Daniel Nagy在接受采訪時表示，社交代幣具有重大的顛覆性潛力。他說：“如果做得好，它們可以把社區帶到下一個層次，我們在這個領域看到更多的創新只是時間問題，很可能與DAO或GameFi有關，與所謂'靈魂綁定代幣'的想法相結合。”

Nagy認為，現在仍處于早期階段，實驗是關鍵，但隨著采用率的增加，社交代幣可以成為下一個連接非加密貨幣用戶的橋梁，并將區塊鏈進一步帶入主流，類似于NFT所做的。（Cointelegraph）[2022/10/10 12:51:27]

單個項目上百億的預算，讓一般民眾，甚至其他領域的科學家“羨慕忌妒恨”——同樣是一個科研項目，經費的差別怎么這么大？

“這主要是因為大科學的特點。依托大型專用裝置的科研項目通常是成百上千人，持續幾十年的努力，”阮曼奇說，“它的特點、殘酷性也在于此。”

他拿發現希格斯粒子舉例，LHC的設想始于1980年代初，直到1994年12月，CERN委員會才批準了建設；2009年11月實現第一次質子對撞；2012年7月4日宣布發現希格斯樣子的粒子，論文作者署名創下5154名的紀錄。LHC的建造超過了47億美元，一些測算表明，最終發現希格斯的總花費超過了130億美金。

而拿單一的大科學項目和常見的實驗室小項目比較，在高能物理學家看來，并不公平。

“首先要搞清楚，大科學和小科學并不是花錢上的區別。其實，我覺得小科學，因為項目數量多，在一個領域也許花的更多，兩者只是模式上的區別。大科學集中在一兩個中心，依靠大裝置做實驗，而小科學分散在幾百個實驗室。有些項目是必須用大科學來做，包括高能物理，天文觀測；而有些項目適合小科學做，比如研究冷原子的，也不需要做一個大裝置。”芝加哥大學物理系教授王連濤告訴《知識分子》。

在2021年1月的一次報告中，中國科學院高能物理研究所所長王貽芳在談到CEPC項目時直接表示，“大家都說我們占了人家的經費，但其實我們是將20年的錢集中在一個項目上，基礎研究領域現在一年一千億左右，全部領域都算上，我們也就差不多二三十億，就是我們這個領域自己的錢，我們只是用不同的方式來花這個錢而已。人家是把錢分布在各個課題上，我們是集中起來一起建一個裝置。”

王貽芳認為，在高能物理領域，相對于歐盟、美國的投入，中國仍然偏少。

“美國現在是每年12億美金，歐洲是每年15億歐元，中國GDP是他們的二分之一，每年應該有40個億，如果考慮研究經費相對低一些，三分之一差不多是13個億，未來到2025年達到目標每年30億不是問題，這是應該的，我們沒有多花一分錢，沒有占別的領域一分錢，這也是我們的合理需求。”王貽芳在上述報告中說。

此外，單個項目花費較大，容易引發公眾的關注，所謂“樹大招風”。這也是大科學的一大特點。而海量的小科學項目，往往內行們評審通過就可以了，公眾都去關心沒有必要，也不現實。

與之相伴隨的潛在危險是，當行政機構決策大科學項目時，可能僅從財力的角度，或者公眾的態度出發，忽視真正的科學和技術的層面。

曾任斯坦福加速器中心主任的潘諾夫斯基，在反思中途下馬的美國超導超大對撞機時，不無沉痛地說——

“在控制成本的名義下，該做的技術和設計方面的考量得不到鼓勵。對可選的另外的技術路線做決策時，經常受接受度的干預扭曲，有時拖著，甚至完全擱置……關鍵的科學和技術人員在決策鏈中經常處在低端的位置”。

與SSC的命運不同，威爾遜擁有一個美好的結局，他成功說服了國會，費米實驗室的首臺加速器theMainRing順利開建，日后做出了包括最重的基本粒子頂夸克在內的不少發現。

今天，當各地的高能物理學界準備建造希格斯工廠時，他們能不能像威爾遜那樣“闖關”成功，目前看，還有很多的不確定性。

2推開新世界的大門

在粒子物理學家眼里，建造希格斯工廠可以帶來很多好處——

長期來看，基礎科學的突破可以帶來技術革新，產業進步，進而改善人們生活，就像威爾遜所舉的核電站的例子；大裝置的運行，其極端環境，海量數據，無比苛刻的精度等，間接地可以催生新的技術和產業，就像當年在CERN工作的蒂姆·伯納斯·李，為方便粒子物理學家交流，發明了萬維網；成千上萬不同國家的人才聚在大平臺上，互相激勵、合作，利于促進主辦國的科學走向國際化；甚至，巨型的科學裝置天然地是一個城市的名片，恰如日內瓦的CERN，吸引大批慕名而來的游客，他們中的一些人也許自此喜歡上了科學……

不過，在所有這些動機中，真正讓粒子物理學家愿意傾注幾十年心血，打造這款“曠世神器”的，是一種無法抑制的沖動——對自然界的好奇。

那么，在科學上，建造希格斯工廠的意義究竟何在呢？

2012年，希格斯粒子的發現，代表了物理學一個程碑式的成就，粒子物理標準模型的恢弘大廈落成，令人贊嘆；但另一方面，粒子物理學家的內心卻有幾分不安——希格斯的存在，就像是美輪美奐的大廈之上，一道醒目的裂痕。

“奇怪”，這是粒子物理學家描述希格斯經常用到的詞——

在所有粒子當中，希格斯是唯一自旋為零的粒子；它有自我的相互作用；希格斯場打破了“對稱”，賦予了基本粒子以質量，憑什么它這么能干？

圖2希格斯機制的卡通解釋|圖源：CERN

基本粒子通過希格斯場獲得質量的想法，也就是“希格斯機制”，可以追溯到上世紀60年代，由英國理論物理學家彼得·希格斯等人提出。之后，科學家就想著哪一天可以真正在實驗上檢驗這一想法。

早在1993年，當LHC還只是停留在紙面上的構想時，CERN的物理學家向當時的英國科學部長推薦這個機器。

可部長覺得，讓英國納稅人貢獻這么多錢給一個幾乎聽不懂的項目似乎不妥，就布置了一個作業給物理學家：誰能用一頁紙說明白希格斯是什么，就可以贏得他的香檳。

最終，幾位物理學家接受了挑戰并成功喝到了香檳。《知識分子》稍微做點人物替換引述如下——

設想Angelababy和不知名的某路人甲走進同一個宴會，他們來的早，會場一個人沒有。假定他們自然走動的步速一樣，這樣，他們穿過會場花的時間一樣。之后，人們陸續到來，塞滿了會場，Angelababy和路人甲再試著穿一遍會場。路人甲碰到幾個熟人，打個招呼，但基本上能很快從一邊走到另一邊。但Angelababy就不一樣了，很多人認識她，圍著她握手、交談、拍照，看起來她的“質量”變大了，她穿過會場也不再那么容易。

OKEx九妹：國家主權性數字貨幣將成為下一個行業熱點:今日，OKEx大客戶商務總監九妹作客“XBIT和他的朋友們”欄目，就比特幣減半結束后的下一個行業熱點分享了自己的看法。她認為比特幣減半對挖礦行業的影響、對比特幣價格的影響以及對投資人情緒的影響都會逐漸釋放和發酵。

九妹還認為各國陸續推出的國家主權性數字貨幣會成為區塊鏈行業下一個熱點，像央行數字貨幣DCEP，它不僅具備數字貨幣的跨國轉賬效率高、買賣透明、易于定位跟蹤等優勢，還是有國家信用做擔保的，安全性和合規方面毋庸置疑，因此DCEP應該會成為繼比特幣之后，區塊鏈技術的又一大規模應用。[2020/5/14]

這里，會場的人相當于是希格斯場，“Angelababy”粒子和這個場的“相互作用”很強，她的“質量”就很大；而路人甲幾乎不和這個場有來往，“質量”就很小。

圖3標準模型中的粒子。紅色的為夸克，綠色為輕子，紫色為標準玻色子，黃色為希格斯粒子。最外一圈的夸克和輕子為費米子；紫色的一圈，包括希格斯粒子為玻色子。

說到粒子，在標準模型中，基本粒子分為費米子和玻色子兩類。費米子自旋為1/2，占據著空間，兩個一樣的費米子無法疊在一起，就像沒辦法把兩個人壓成一個人。玻色子的自旋為0或者1，可以堆在一起，自旋為1的玻色子傳遞相互作用。費米子包括的六種夸克，六種輕子，都有質量。玻色子除了光子、膠子沒有質量外，傳遞“弱力”的一對正負W粒子和Z粒子，包括希格斯粒子都有質量。

這里的規則非常簡單：如果粒子質量為零，意味著它不和希格斯場有直接的相互作用；如果質量不為零，質量越大，它和希格斯場的相互作用就越強。

就這樣，希格斯場賦予了所有基本粒子以質量。如果沒了它，世界將大為不同。

在粒子物理的認知里，真空不空，充滿了各種基本場、轉瞬即逝的粒子和時空泡沫。而在我們身處的宇宙中，希格斯場無處不在、有一個非零的，甚至可以說是巨大的真空期望值。

我們試著把這個不為零的希格斯場調低到零，看看會發生什么。

在一般人的印象中，電子繞著原子核轉，就像地球繞著太陽轉，但其實兩者迥然不同。電子雖然受原子核吸引但不會掉到原子核里，它只能盡量靠近原子核，以保持能量最低的狀態。而電子離原子核的遠近和它的質量相關，如果重些，靠的就近；輕些，就離的遠。換句話說，原子的大小和電子的質量緊密相關。

希格斯場真空期望值變小，電子質量會變小，相應地，原子將會變大。

原子變大可不得了。別忘了，所有的化學、所有的生命，都依賴于原子。原子變大，一些高級的分子，如DNA，蛋白質都會崩壞，生命也將終結。

如果希格斯場不斷變小，原子可以變得和太陽系一樣大，甚至變得和銀河系一樣大，到時候宇宙里就只剩下些跳躍的巨型原子。

更可怕的是，如果電子質量進一步減小為零，那么它將以光速運行，無法束縛在原子核周圍，那么原子將不復存在。而電子的兩個更“胖”些的姐姐，繆子和陶子，本來就只是質量上有差別，此時將變得完全一樣，不可區分。

簡言之，沒有希格斯，宇宙將變得如此單調和乏味。它足夠簡單，卻異常強大。

“希格斯是一個標量場，連方向都沒有，就是個簡單的數值。就像是一位纖細、瘦弱的管家，給人類把床鋪好，把飯做好，把所有人都照顧得很好，這本身就是很奇怪的事。這個管家是誰？為什么這么能干？為什么要這么做？”阮曼奇說，“另一方面，希格斯場和標準模型中絕大部分參數緊密相關。這些參數只有被調節到合適的取值，原子、恒星、星系等結構才有可能產生，人類才有可能誕生于這個宇宙，生存、繁衍，并觀測這個宇宙。”

標準模型中的一系列參數，包括有基本粒子的質量，以及它們之間相互作用的強度。這些參數中，除了三個規范耦合常數之外，所有的自由參數，都和希格斯場有關。一些關鍵參數稍微變化，宇宙就會完全不同。

在他看來，希格斯粒子的發現遠不是結束，而是新的開始，前方是更廣闊的未知天地。這也是粒子物理學家建造“希格斯工廠”的初心——通過更為精細地測量希格斯的性質，期待破解更多的謎團，發現超越標準模型之外的新物理。

說到標準模型，則是那種接近于“解釋一切”的理論。

環視周圍的一切，發光的太陽，閃耀的群星，山川，河流，鐵路，大橋，自然的，人造的，一切的一切，包括我們自己，說到底都是由幾種基本粒子和它們之間的相互作用而塑造。發現希格斯粒子后，經常聽到的一個描述是，“補上了標準模型的最后一塊拼圖”。但這樣的說法，顯然是過度夸大了。仍然有太多的現象，是迄今為止的標準模型所無法解釋的。

比如，按照目前的觀測，宇宙中68%的物質以暗能量形式存在，27%以暗物質形式存在，而標準模型粒子只占宇宙中所有物質的5%。一個合理的猜測是，既然希格斯場賦予了基本粒子以質量，會不會也和暗能量、暗物質有關？

再比如，為什么標準模型里面費米子的質量差別如此的大？最小的電子，只有5/10000GeV，而最大的頂夸克，有173GeV。如果說它們的質量都由同樣的希格斯機制產生，怎么差了5個數量級？

遺憾的是，粒子物理學家不清楚這些參數為什么是這樣的取值，比如電磁相互作用的強度，由一個“精細結構常數”所刻畫，接近于1/137。他們覺得，背后一定有某些更深的原因。

對于希格斯粒子的質量也是一樣。“為什么它比質子重100倍，而不是一萬倍？”王連濤反問道。

希格斯粒子就像是希格斯場的振動，和其它基本粒子一樣，它也通過希格斯場獲得質量。但在量子理論中，希格斯的質量會受到每一個和它有相互作用的粒子的貢獻，而這些貢獻每一個都會比希格斯的質量大很多。所以，希格斯的質量似乎是這些貢獻“碰巧”相互抵消的結果。

這種“巧合”，在粒子物理學家看來，很不“自然”——如果不是有某種還不知道的機理在背后起作用，希格斯粒子的質量不能這么低。

“如果有種新的物理可以解釋希格斯的質量，那么這個新物理肯定有跟希格斯相互作用的，會對希格斯的性質產生影響，這個是必須的，是逃不掉的。所以，對希格斯粒子性質的測量肯定會揭示那種新物理的蹤跡。”王連濤說。

那么，接下來，理論家和實驗家關心的問題是，如果有某種新物理能最終解釋希格斯粒子的質量，它到底處在怎樣的能區，或者在多么小的微觀尺度？

“最簡單的想法是，我們目前對自然界的認識中，是不是還有一個更加微觀的尺度？有的，這就是量子引力的普朗克尺度，1019GeV，比希格斯粒子的質量多17個數量級。這就很奇怪了，由于要受到量子漲落的限制，你很難發明某個公式，從1019算出100來。”王連濤說。

聲音 | Joseph Young：比特幣ETF成為下一次大幅上漲的催化劑還為時過早:加密貨幣分析師Joseph Young在推特表示，比特幣ETF無疑有利于提高比特幣的流動性，并將資產暴露給新的投資者群體。但現在就認為比特幣ETF將成為下一次大幅上漲的催化劑還為時過早。它對比特幣的潛在影響尚不確定。[2018/12/11]

這種巨大的能量的差距，物理學家稱之為“等級問題”。

“希格斯粒子的質量就是等級問題的一個出處，它對新物理的敏感性顯然是任何粒子都不能取代的。”韓濤說。

如果有某種新的物理存在，研究希格斯還有望解釋另一個著名的問題——“電弱相變”。

圖4早期的宇宙|圖源：https://arxiv.org/pdf/1205.2451.pdf

今天的宇宙，希格斯場的值不為零。但有可能在宇宙的早期，宇宙大爆炸之后的約萬億分之一秒，當時宇宙的密度、溫度很高，希格斯場在零附近快速擺動，平均來說是零。這時，所謂的“對稱性”沒有遭到破壞，所有的費米子都沒有質量，W和Z玻色子的質量也為零。之后，希格斯場的值從平均為零轉變到某個非零的值，自此一些粒子開始獲得質量。

“標準模型的粒子從沒有質量到有質量，這本身是一種相變。”王連濤說，“這種相變和水煮開，超導體里面的相變原則上其實差不多。希格斯粒子的自相互作用如何，其實決定了相變到底更像哪種。另外，我們知道宇宙中粒子比反粒子多，這可能是在電弱相變過程中產生的。如果通過希格斯粒子的實驗室研究，結合宇宙學的觀測，兩者相互印證，那就有希望破解這些難題。”

以上種種的疑問，雖然不全面，但代表了建造希格斯工廠，對其進行精確測量的科學方面的考慮。

“中微子物理、核物理、固態物理等低能的物理都很重要，都需要研究，但很難對高能區、更小尺度的前沿給出太多的回答。希格斯粒子是對高能、高尺度的粒子最敏感的，它的獨特性是其它研究不能取代的。”韓濤告訴《知識分子》。

“如果人類就此打住，不搞希格斯工廠，在我看來太可惜、也太荒謬了。”阮曼奇說。

3專門的希格斯工廠

圖5在高能所的辦公室里，阮曼奇為筆者講解希格斯粒子的衰變|攝影：邸利會

做科學的人都會規劃自己的研究，很多也許只考慮自己的興趣就可以了。粒子物理學家則不然，尤其面對一些投資巨大、跨越幾十年、涉及上千人的科學大裝置時，他們必須聚在一起，相互討論、協調，做出審慎的決策。

經過兩年的反復研討，2020年6月，CERN委員會發布了歐洲未來粒子物理的規劃，將希格斯工廠FCC-ee作為LHC之后最優先建造的裝置。LHC目前正在亮度升級，預計2038年后停止運行。

FCC-ee為長100公里的環形正負電子對撞機，用于精確測量希格斯粒子的性質。

此外，CERN還將進行未來環形對撞機的可行性研究。FCC為質子對撞機，將利用FCC-ee的100公里隧道，瞄準更高能區，預計投資240億美元。

讓人吃驚的是，CERN的方案和中國的方案高度相似。其中，作為希格斯工廠，FCC-ee也和CEPC一樣，決定用正負電子對撞產生希格斯粒子。

這當然不是巧合，而是幾千名專家經過慎重考慮后的選擇。

“LHC本身就是一個希格斯工廠，它已經產生了100萬以上希格斯粒子，未來10年要產生5000萬個希格斯粒子，它產生的希格斯粒子比未來的正負電子加速器里產生的還要多，從研究希格斯粒子粗略的性質看，今后10到15年，LHC還是領導我們研究希格斯粒子的前沿。”韓濤告訴《知識分子》。

但是，CERN為什么還要另起爐灶，建專門的希格斯工廠呢？

“LHC的問題在于，其效率極其低下，背景極其骯臟，也許產生100個希格斯粒子都不一定能重建出來一個。”韓濤解釋說。

那么，用正負電子，而不是質子對撞產生希格斯粒子，到底有怎樣的優勢？我們先看一下，實際發生在LHC上質子和質子對撞的效果。

在LHC上，一個束流包括了1400個束團，每個束團里有超過1000億個質子。盡管束團的截面已經是極其的小，僅有千分之二厘米，但相對于質子還是太大，因此束團的大部分都是空的。每次束團相遇，幾十億的質子間僅發生20多個相互作用。在探測器內，相向而行的束團穿梭而過，相遇的次數可以達到每秒2000萬次。這樣算下來，每秒實際有上億次相撞。

問題是，即便上億次的相撞，也不見得會有一個希格斯粒子產生。事實上，在LHC上，100億個質子對對撞中只能產生一個希格斯粒子。

“而CEPC是一個極為干凈的希格斯工廠，在240GeV的質心能量下，大約每幾百次正負電子對撞中就能產生一個希格斯玻色子。換言之，相比LHC，CEPC上希格斯玻色子事例的信噪比高了近一億倍。幾乎所有的希格斯玻色子事例都可以被準確記錄下來。”阮曼奇說。

相比CEPC上的正負電子對撞，更糟糕的是，質子是“復合”粒子，像一個裝著很多夸克、反夸克、膠子的口袋，這些更基本的組分稱為“部分子”。質子相撞時，其實是部分子發生相互作用，但可惜的是，人們沒辦法確切知道到底是哪個部分子在相互作用，其相撞的能量大小也無法確定。

粒子物理學家常把質子對撞比喻成兩個餡餅，或者兩塊手表以很高的速度撞在一起，結果就是撞得七零八落，碎片飛濺得到處都是。

在這點上，正負電子對撞要“純粹”得多，無論是正電子還是負電子，都是基本粒子，其初始信息清楚明白，精確可控。

當然，理論物理學家知道，質子對撞中哪些部分子相撞可能產生希格斯粒子，比如兩個膠子、W+W-粒子對，兩個Z粒子，夸克和反夸克可以產生希格斯粒子；W粒子和Z粒子產生后也附帶放出希格斯粒子。

但別忘了，所有這些產生的希格斯粒子“淹沒”在了海量的其它對撞產物中。

好在，按照標準模型，基本粒子的種類就那么多，它們有不同的電荷、質量、相互作用，探測器首要做的就是根據這些特性，盡可能精確地捕獲到它們。

相對來說，電子和光子是較容易捕獲和精確測量的。可夸克和膠子，由于色禁閉效應，無法單獨穩定存在。實驗中產生的高能夸克或者膠子會碎裂成大量強子，這些強子及其可能的衰變末態的總體形成所謂的“噴注”。重建“噴注”并不容易，很不容易說明最初到底產生的是哪種夸克。

網絡安全公司Recorded Future：萊特幣將成為下一個暗網世界主導貨幣:美國網絡安全公司Recorded Future稱，萊特幣將成為下一個暗網世界主導貨幣。[2018/2/8]

更糟的是，對撞產生一些很重的粒子，壽命很短，轉眼就衰變成了別的粒子。希格斯粒子也是很重的粒子，壽命只有萬億分之一秒，不等到達探測器，立即就衰變成了其它粒子。

就衰變方式而言，希格斯粒子還有很多種。因為和重的粒子相互作用強，反應在衰變產物上，一般來說，越重的比例就越大。比如，對于125GeV質量的希格斯粒子，有57.7%的比例要衰變成底夸克對。

棘手的是，希格斯粒子衰變的產物也可能是別的重粒子衰變成的。比如，當探測器記錄到一個謬子，你得先搞清楚這個謬子是來自希格斯粒子的衰變，還是Z粒子的衰變，或者別的什么情況。

圖6125GeV質量的希格斯粒子衰變模式以及所占的比例|數據來源：《CEPC概念設計報告，探測器和物理卷》

想象一下，一個希格斯粒子衰變后的產物和100億個質子和質子對撞后的產物，以及部分這些產物衰變后的最終末態粒子，混雜在一起。然后你要在這一堆“殘骸”中，重建出當時一個希格斯粒子的衰變過程。

物理學家DavidBritton曾這樣描述在LHC上找尋希格斯粒子的困難——

“這就像在干草堆里找根干草，和你在干草堆里找根針不同的是，一旦你找到這根針，就知道找到了，針和干草不一樣嘛，……唯一的辦法是把干草堆里的所有干草都排起來，然后你突然發現，有那么一些有著同樣的高度，這基本上就是我們要干的事情。”

圖7用費曼圖表示的CEPC上希格斯粒子的產生過程，H表示希格斯粒子|圖源：《CEPC概念設計報告，探測器和物理卷》

而在像CEPC這樣的正負電子對撞機上，則要相對容易。

除了以上提到的產生希格斯粒子的效率高導致的背景噪音低，物理學家還能在不考慮希格斯粒子衰變的情況下“鎖定”它。

“或許正負電子對撞機和質子對撞機最顯著的不同在于，正負電子是基本粒子，不像質子那樣的復合粒子，其對撞能量是非常清楚的。那么通過守恒定律，在一次對撞事件中，希格斯粒子的能量和動量就能從其它粒子的能量和動量推斷出來，而不用通過直接測量希格斯衰變后的末態，這就省掉了很大的麻煩。”阮曼奇說。

比如，考慮正負電子對撞產生希格斯粒子和Z粒子這樣的模式，只要把末態的Z粒子的能量、動量測準了，用初態正負電子總的能量動量一減，就直接得到了希格斯粒子的能量、動量。

根據2018年發布的《CEPC概念設計報告》，因為這些優勢，CEPC可在高亮度LHC測量的基礎上，將希格斯粒子性質的測量精度提升10倍左右，對其主要衰變模式比例和相互作用常數的測量達到甚至超過1%的精度水平。同時，在希格斯粒子的寬度、稀有衰變模式比例等測量上，CEPC的精度也將遠超過高亮度LHC。

不太意外，包括日本的國際直線對撞機，雖然采用了20公里長的直線型設計，也是基于正負電子對撞。

接下里的問題是，誰將在希格斯粒子工廠的競賽中勝出？

4誰擁有下一個旗艦？

粒子物理學界有一個“傳統”，每當發現一個新粒子，總要建設專門的粒子工廠對其進行更細致的研究。看來，希格斯粒子也不會打破這個傳統。

“任何一個基本粒子發現后，都要建相應的粒子工廠，而且不止一個。很多人討論要不要建希格斯工廠，你可以討論，但建是肯定要建的。LHC不會是最后一個機器，希格斯工廠肯定要建，只是什么時間、在哪、誰建而已。”韓濤說。

圖8歷史上發現的粒子以及相應建立的粒子工廠|韓濤提供

歐洲未來粒子物理的規劃，已將建造希格斯工廠列為最優先考慮的項目。不過，其建造至少在2038年后才開始。

“LHC現在運行挺好的，接下來還有很多物理成果要出，如果現在停了，那是個巨大的錯誤。所以，它不可能加速，這是它最主要的問題。那個規劃，看上去就讓人很喪氣。如果誰也不做，那大家就慢慢等它做。”王連濤說。

不過，歐洲明確建造希格斯工廠后，已經開始發力。

“CEPC和FCC-ee之間是直接的競爭關系，在他們的規劃出來以后，已經配置了不少資源。我記得大概有4億瑞郎的樣子，這個事情對我的刺激有點大。”阮曼奇說。

他指出，要建一個300億元的項目，一開始必須要有10億元量級的資源來進行一些系統的研發，才能最后確定這個東西是好用的。

“24億人民幣的投入可以讓他們整個的項目變得非常優化，那么對我們就形成了很大的壓力。如果我們CEPC不往前走的話，真的很快就會被追上。”阮曼奇說道。

圖9在CERN工作期間，阮曼奇和LHC合影|阮曼奇供圖

在幾個希格斯工廠候選者中，日本的ILC歷史最長。其最初并不為研究希格斯而設。

2004年8月，國際未來加速器委員會決定，未來的直線對撞機應該基于超導技術，ILC改名為現在的名稱，設計的質心能量為500GeV。2005年，ILC全球設計工作組由曾擔任美國SSC項目發言人的巴里·巴里什教授組建并領導。2007年，ILC參考設計報告及參考造價正式對外發布。2013年，ILC技術設計報告正式對外發布。

2017年7月，考慮到LHC第二階段的實驗結果后，ILC重新調整了方案，轉而改造成希格斯工廠。2020年，ILC成立了國際開發團隊，預計在四年內建立Pre-Lab。

雖然各項工作一直在推進，但不幸的是，日本的物理學界還在ILC和其它的項目間做選擇，比如投資6億美金的中微子探測項目巨型神岡探測器。日本政府也很曖昧，迄今沒有明確表態——在近70億美金的費用中，日本政府一直希望自己最多出一半，剩下的一半由其它國家來負擔。

“日本的ILC就卡死在這，就說一半的錢要國際出，可現在也沒人出。”王連濤說。

美國財政部長表示將于20國集團合作 防止加密貨幣成為下一個匿名瑞士銀行賬戶:美國財政部長史蒂文·姆努欽（Steven Mnuchin）表示，他將與20國集團合作，防止比特幣等加密貨幣成為下一個匿名瑞士銀行賬戶的。姆努欽還表示，他一點也不擔心俄羅斯可能會使用加密貨幣，幫助銀行避免國際制裁。據報道，普京總統的顧問曾表示，對俄羅斯的制裁已經造成了俄羅斯對加密貨幣的需求，官員們擔心加密貨幣會在2018年出現擴張。[2018/1/13]

相比于環形的正負電子對撞機，以ILC為代表的直線對撞機，優點是可以節省因電子繞環產生的同步輻射能量損失，但缺點是只有一個對撞點。為了提高撞擊的幾率，其對撞點將小于10個納米，差不多100個原子的寬度。

“直線對撞機的問題是它產生的希格斯粒子的數量不夠多，我覺得這點它比過環形對撞機。直線對撞機真正的優勢還是要到更高的能量去，而不是做希格斯工廠。”王連濤說。

此前，在建造希格斯工廠的角逐中，美國從未表示要親自下場。不過，從最近正在緊鑼密鼓進行的Snowmass2021來看，情況有所變化。

在過往的40年，美國粒子物理學家每7～10年周期性地聚在一起，通過提交意見書，開研討會，做報告等方式，凝練未來最重要的科學問題，以及可能的解決方案，為未來幾十年的發展規劃藍圖。由美國物理學會粒子與場分會組織的Snowmass2021從2019年秋天開始籌劃，分十個科學前沿，有接近100個工作組參加。

韓濤是Snowmass2021領導小組的10位科學家之一。他介紹，受疫情的影響，Snowmass的活動中間停頓了8個月，現在決定在2022年3月15日提交所有工作組合作的報告，“有趣的物理結果、觀點態度，都要寫出來”。

“7月中旬，所有人到西雅圖開總結大會，完了每個工作組回去完善寫作；10月底，我們10個人組成的領導小組，將綜合所有的報告，寫出一個執行摘要。最后的報告書有上千頁，在10月末提交。至此Snowmass的進程結束。”韓濤告訴《知識分子》。

不過，Snowmass形成的報告只涉及物理內容，不涉及未來的規劃和實施，也不排優先級。

圖10最近，費米實驗室繪制了各種希格斯工廠的草圖|韓濤供圖

在Snowmass之后，美國能源部和全國科學基金會委托的高能物理顧問委員會的一個下屬分支，在綜合考慮Snowmass報告的基礎上，提取出物理要求，根據政府支持、資金、各個國家的安排、等，最終形成所謂的P5報告，排出項目的優先級。美國政府及其資助機構再根據P5報告來決策如何進行資源的劃撥。

盡管P5的出臺還有段時間，從目前Snowmass的進程看，美國粒子物理學界對自己建造希格斯工廠表示出了積極的態度。

“在SSC下馬后，美國的高能物理受到了一些打擊，但美國仍然是全世界高能物理貢獻最大的，每年有10億美金的投入，建立希格斯工廠是非常有基礎的。自從發現希格斯粒子后，美國物理學界也充分認識到了建設希格斯工廠的必要性，也在逐漸恢復信心。”韓濤說。

更具體的一個事例來自費米實驗室——

他們已經在自己的園區內，設計并繪制了草圖，包含了各種技術途徑的希格斯工廠。在2013年的P5報告中，美國雖然明確表示了對日本ILC的支持，但有科學家認為，此刻他們或許正漸漸失去耐心，轉而自己開建希格斯工廠。

值得注意的是，在費米實驗室的草圖中，除了質子對撞機和正負電子對撞機，還包括了基于其他技術原理的對撞機。

“謬子對撞機在上世紀90年代就有討論，后來因為技術上的困難停頓了下來，最近有些技術突破，但束流質量還達不到要求。Snowmass會協調質子、正負電子、謬子這三個技術方案，年底會有一個非常詳細的介紹。其他的新型加速器方案都有進展，包括等離子或者激光驅動的wake-fieldacceleration，可以在一米內加速到1GeV，但束流質量也達不到要求。CoolCopperCollider是最近的一個提案，會在Snowmass中認真的提出來。”韓濤說。

這些新的技術是否會突然間出現大的突破，進而在成本等方面展現出大的競爭力，目前還無法作出判斷。

目前看，在技術成熟度上，正負電子對撞機依然是最有把握的。CEPC、FCC-ee是基于傳統的技術，雖然長達100公里的規模會帶來新的挑戰，但并不存在根本性的障礙。

科學、技術、成本、財力、智力、政府態度、民眾支持，這諸多的因素疊加交織在一起，共同影響了大型裝置的建造，希格斯工廠也不例外。未來究竟是哪一方來主導建造，依然充滿了變數。

這樣的競爭盡管有某種殘酷性，但未必是壞事。畢竟，不管誰來建，粒子物理學家都樂于接受并提供應有的幫助，正如現在參與CEPC設計建造的中國粒子物理學家，不少曾在CERN的LEP、LHC，日本的ILC等項目中工作多年。

“從科學度看，我覺得這種競爭是健康的。有競爭才有提高，才有促進，才能增加成功的可能性。事實上，很多物理學家都參與多個項目，很多科學家都是為了科學而來。”韓濤說。

5萬里長城

2014年2月23日，清華大學舉辦了一場規格頗高的研討會——

諾貝爾物理學獎得主戴維·格羅斯、胡夫特，菲爾茲獎和科學突破基礎物理學獎獲得者威滕，科學突破基礎物理學獎獲得者、美國粒子物理學年輕一輩的翹楚阿爾卡尼-哈米德，科學突破基礎物理學獎獲得者約瑟夫·伊簡德拉，狄拉克獎和櫻井獎獲得者梅安尼，日本東京大學卡弗里宇宙物理學與數學研究所所長村山齊，中國科學院高能物理研究所所長王貽芳等眾多粒子物理學界的名人到場。論壇由菲爾茲獎獲得者丘成桐主持。

該研討會的主題是，在希格斯發現之后，基礎物理學的走向。當然，眾多大咖來中國，也是沖著中國有意愿建設希格斯工廠——中國在其中可能發揮怎樣的作用，是他們尤其關心的。

在報告中，格羅斯說——

“現在中國有一個很好的機會在自然科學基礎研究方面起到引領作用，有一個很好的機會通過王貽芳、Nima以及他們的合作者的工作實現一個夢想。我把這個夢想叫做‘偉大的加速器’。這會和偉大的萬里長城一樣引人矚目，會比萬里長城的作用更大。它會在科學技術各領域有突破和發現。如果中國建造了加速器，世界上的許多科學家會來這兒幫忙和工作。這個加速器的建成和它的成果也許我們都見不到。但在座的各位年輕人可以見到并貢獻自己的能量。”

“偉大的加速器，比萬里長城的作用更大”，格羅斯的說法并非那么夸大。

圖112014年2月23日，清華大學舉辦了一場主題討論會，討論在希格斯發現之后，基礎物理學的走向。圖為參加討論會的部分嘉賓在前一晚聚餐的留影。從左至右為王貽芳、丘成桐、DavidGross、韓濤、Gerard’tHooft、NimaArkani-Hamed|韓濤供圖

萬里長城是中國古代文明的象征，是中國的名片，聲名遠播海外。而下一代的加速器，對國際人才的感召力，其凝聚的尖端技術，可能作出的重要科學發現，幾乎也可成為現代文明的符號。

一個已經存在的明顯例證，就是擁有LHC的CERN。

CERN毋庸置疑已經是高能物理的圣地，據說在飛往日內瓦的航班上，你的鄰座很可能就是位物理學家。

“CERN就像一個巨大的蜂巢，集結著高能物理前沿的精銳。這里有各方面的一流專家，各種學術活動，忙忙碌碌的人們，大大小小、配備齊全的實驗室。它里面直接的雇員有2000多人，但用戶可以達到2萬人。這些人都是專業的人才。它其實有一個人才的集聚和放大效果。”曾在那里工作過的阮曼奇告訴《知識分子》。

CERN也是依托大科學進行國際合作的典范。發現希格斯粒子的CMS實驗發言人約瑟夫·伊簡德拉曾這樣描述——

“讓我很驚奇的是，來自70個國家的人在這一起工作，巴基斯坦和以色列、伊朗和伊拉克的科學家在一起工作，大科學所帶來的這樣的合作是不可小視的。”

旗艦式的大科學項目，也是人類勇于探索未知、不斷挑戰自我的精神體現。

在2012年7月4日，發現希格斯粒子的發布會后，有人問一把年紀、對建造LHC作出過重要貢獻的林恩·埃文斯，“你希望這個消息帶給年輕人些什么啟示？”

幾乎沒什么猶豫，林恩·埃文斯說——

“激勵。這些大的旗艦項目肯定有激勵作用。我們年輕那會，有很多這樣的事——比如，把人送上月球。激勵年輕人投身科學是至關重要的。”

“我覺得，建希格斯工廠，是一種象征。一個國家發展到了一定的程度，他能夠開始做這種，說得高一點，代表人類文明追求的事情。”王連濤說，“像當年冷戰，為什么蘇聯要發衛星？那個衛星沒什么用，只能放音樂；其實美國登月也沒什么用，為什么一定要做？這是一種象征。為什么這種象征很重要？他們當時為什么覺得必須要這樣做？這代表了一個國家在這個世界上的感召力。我覺得感召力還是很重要的，讓別人覺得，你是shiningcityonthehill，高山上的一座光明之城，給所有在黑暗當中的人一個向往的目標。”

“當然對做科學的人來說，這種項目更是一種強的感召力。全世界這個領域的人，都會被吸引。你想那些做加速器的人，一輩子最大的理想就是做最好的加速器。”王連濤補充道。

確實，至少中國的高能物理學家，想通過希格斯粒子工廠的建設，吸引最優秀年輕人的到來，進而復制CERN的輝煌。

當初在法國工作的阮曼奇，也是受到了CEPC的吸引回國。

“2013年初，我接到高能所金山老師的電話，告訴我中國高能物理學界在積極探索建造CEPC的可能性，這讓我興奮不已。CEPC的建設，意味著中國能成為高能物理這一領域的世界領袖，將在接近半個世紀的時間長度內主導這一領域的發展。其科學產出、技術輻射、教科文活動，將產生極為積極、極為深遠的影響。”阮曼奇說。

在CEPC項目中，阮曼奇的工作包括了探測器的設計、優化，模擬軟件工具的開發，物理潛力的模擬分析以及團隊的建設。他的工作是發掘和提升CEPC的科學價值，明確關鍵性能指標，并和同事們一起開發、積累關鍵技術。他開發的Arbor算法可以大幅提升探測器的物理性能，在部分核心物理測量上，相對于傳統技術可以節約40%的對撞機機時。

在高能所，有許多和阮曼奇一樣，受到CEPC的感召而回國，或者以CEPC為牽引，從事技術研發的年輕人。在實驗廳內，《知識分子》見到了他們中的一些，并參觀了正在研發中的一些核心部件。

沙鵬副研究員從2015年開始CEPC650MHz超導腔的研制工作。

超導腔相當于CEPC的“發動機”，可以源源不斷地給正、負電子補充能量，并為束流提供縱向的聚焦力。CEPC一共需要650MHz、1.3GHz兩種頻率的超導腔336只，放置在對撞環和增強器中。

圖12沙鵬正在對CEPC650MHz超導腔進行中溫退火處理|沙鵬供圖

“真正工作的時候，超導腔的外面是4.2K或者2.0K的液氦，在這個溫度下，超導腔才能實現超導。為什么要用超導腔，常溫腔不是更方便么？主要是因為超導腔的工作電壓有幾百萬伏，要是普通的常溫腔，在如此高的電壓下，功耗會達到幾兆瓦，根本無法冷卻。而超導腔的原材料是高純鈮，進入超導狀態后的電阻差不多是銅的百萬分之一，所以超導腔的功耗只有幾瓦。”沙鵬介紹道。

仔細看，超導腔的內表面像鏡子一樣光亮。“和普通的高壓設備一樣，一旦有毛刺，就會打火，電壓就會掉下來，所以超導腔的內表面要處理得非常光滑，而且不能有雜質。”沙鵬解釋說。

為了達到極致的光滑、沒有瑕疵，高能所研制了國內第一套真正投入使用的電化學拋光設備。在此基礎上，為了進一步降低超導腔的功耗，他們又在國內率先開展了超導腔中溫退火的研究，并取得了成功。

圖13周祖圣在速調管總焊潔凈間工作|周祖圣供圖

而超導腔中高達幾百萬伏的電壓來自速調管，也是對撞機上的核心部件。

速調管有點類似于電視臺的發射塔，不同之處在于發射塔發出的電磁波傳向四面八方，而速調管是把電磁場集中潰入超導腔內，建立高壓電場，進而驅動電子的加速。

現實中，速調管需要把日常的用電轉換成電磁場，用于束流能量的提高和彌補同步輻射等因素引起的束流能量的損失，而轉換效率是核心的指標之一。

“我是2015年開始介入速調管的工作，希望最終把效率從60%提到80%。第一步，60%的效率2020年初我們已經達到了，是國內第一次有人做到，之前都得靠進口買。”負責這項研發的加速器中心研究員周祖圣說。

他粗略算了一筆賬，如果將速調管的效率提升到80%，每年可以節約8400萬元的電費。第一支高效率的速調管已于2021年底完成加工，在2022年春節后開始進行高功率測試，他希望該速調管的效率能有較大的提升。

超導磁體的研發也在進行當中。

“質子在對撞環里轉，需要一個向心力，而這個向心力由質子的質量和能量決定。而能量與磁體的場強和環的半徑有關。如果磁體場強不夠高，對不起，要提高能量，只有把環的周長再擴大。”中科院高能所研究員徐慶金說。

圖14徐慶金向參觀者講解超導磁體研發|徐慶金供圖

徐慶金在2014年3月回國，之前在日本高能加速器研究機構和CERN工作。他創建了高能所高場超導磁體技術團隊，目前已經研制成功了國內第一個在4.2K低溫下，場強超過12T的超導二極磁體。未來，他希望能做到16～24T。如此強的磁場將用到CEPC后的質子對撞機上。

像CEPC這樣的大型科學裝置，所要發展的尖端技術還有很多。

比如，CEPC中有的二極磁鐵的工作磁場最低只有28高斯，接近地磁場的約0.5高斯和通用的鐵芯純鐵材料剩磁的約4~6高斯。但目前國際上高精度二極磁鐵最低工作磁場大約127高斯。28高斯的高精度交變磁場磁鐵從來沒有成功研制過。

再比如，CEPC的束流軌道由數萬個元件構成，要保證直徑僅有幾十微米的粒子束沿軌道運行和加速，并在設計的位置實現對撞、出光，保證束流的壽命和品質，對所有元件的位置精度提出了嚴格要求。實際上，盡管CEPC對撞環的周長達到了100公里，但要求相鄰元件間的橫向、高程位置精度要小于0.1毫米，“準直”的難度極大。

而無論是速調管、超導腔和超導磁體，以及準直、高真空、低溫等技術，它們的用途都不局限在加速器上。

速調管除了可以用到高能加速器、核聚變研究試驗這些科學裝置上外，還可以用于國防、醫用加速器、工業輻照加速器、航空空中道路監測、工業用微波加熱設備等。超導腔可以用在自由電子激光、同步輻射光源、質子源和中子源等大裝置上。超導磁體更不用說，在先進電力系統、可控核聚變、醫療核磁、磁懸浮列車等領域都有應用。

為了開展CEPC工程及產業化的準備工作，2017年11月，由高新技術企業組成的CEPC產業促進會成立，目前已經發展了70多家企業。

“大型環形對撞機CEPC-SPPC的建設，將帶動國內包括高場超導磁體、超導腔、高效功率源、大型低溫系統、大尺度高速準直、超高真空、高精度磁鐵、大規模電子學等十余個領域尖端技術的突破性發展及工業化水平的進步。這些技術在其他大科學裝置及民用領域也有廣泛需求，并有望培養一大批在各自領域占據國際領先位置的中國高科技企業，為國民經濟的長期穩定發展及國家安全做出重大貢獻。”徐慶金說。

在和《知識分子》交談的中間，徐慶金還接了幾通企業打過來的電話，商量合作的細節。他們選擇和企業合作研發，還有另外一重特殊的使命——努力實現核心部件的國產化。

大科學裝置國產化，在核心技術“卡脖子”的今天，具有特殊的意義；另一方面，在促進國內產業進步的同時，也能大大地降低項目成本。

“這和建大橋、搞基建還不一樣，加速器上其實都是非常尖端的技術，是納米級別。建這種項目，我們自身也有國產率的要求，要95%以上。那么，這幾百億，其實95%都相當于直接給了我們國內這種高精尖產業。”徐慶金說。

他提起大科學項目提升產業的一個案例——

過去十年，中國參與了位于法國的國際熱核聚變實驗堆項目，并投資十億美元，負責為ITER生產超導線材、電纜及超導線圈等組件。這期間，中國從無到有，培養并打造了一批國內的超導技術研究力量及企業，如西部超導公司，通過參與ITER項目，已經掌握了具備國際一流水平的超導線材生產技術；在ITER項目建設接近尾聲后，成功轉型為MRI磁體超導線材供應商；西部超導在此過程中還成為了國家急需的鈦合金材料的主要制造者。

“現在，我們不論低溫超導、還是高溫超導都開始往國外供貨，英國、美國都買我們的超導材料，所以有些批評者不太了解過去十幾年我們的進步，說你沒有能力做好。現在也是我們產業轉化升級的一個關鍵時刻，其實這樣一個大項目，一個大單子，可以推動國內高精尖科技企業的發展，到世界領先的地步。我感覺，單純靠市場的競爭，我們的企業機會不大。”徐慶金說。

當然，所有的事情都要得到財力的支持，都要有人去做。

在過去的至少7年間，除了2016年、2018年科技部3600萬、3100萬的預研經費外，CEPC并沒有其他的專門經費。在2018年完成了兩卷“概念設計報告”后，按照計劃，預研團隊在2022年將完成技術設計報告，之后進入開工建設階段。

最大的不確定依然是——

國家層面的批準何時到來？為了CEPC而回國的年青人，他們的熱情還能持續多久？

徐慶金直言，“如果不是高能所推動CEPC,SPPC，我應該是至少不會這么快就回來。在日本KEK，在CERN，從待遇、從科研條件上，不是我們國內能比的。”

“我回來主要原因就是，在事業上，你有一個國際最領先的事情去做。在國外科研做得比較好的，都在國際最頂尖的實驗室，你想讓這些年輕人回來，如果國內的平臺非常低，回來也沒有什么正經事干，你想他會回來嗎？沒有一個旗艦項目引領的話，很難吸引人才回來。”徐慶金說。

“做一個最差的打算，如果中國做不成希格斯工廠，很可能我們這些人會加入到國際合作中去，因為希格斯工廠肯定是要建的。經過了現在這樣的歷練，我們這些人是有能力讓CEPC長成一棵樹的。如果這棵樹沒有發芽，這些人集合起來可以，比方說幫別人把客廳建了，把廚房建了，能做到這樣的水平。但對我來說，我還是想建一個自己家的房子。”阮曼奇說。

低垂的果實已經摘完了，想要有所斬獲，手得伸向更高處。經過了上個世紀的發展，粒子物理目前的現狀，和20世紀初有些許類似。

1900年4月27日，英國著名物理學家威廉·湯姆生在英國皇家學會發表了題為“在熱和光動力理論上空的十九世紀的烏云”的演講。他在回顧物理學所取得的偉大成就時說，物理大廈已經落成，所剩只是一些修修補補的工作，他唯一擔心的還有兩朵烏云。

他沒看到的是，日后這兩朵烏云的解決，導致了相對論和量子力學的誕生，塑造了今天我們所生活的現代文明——頭頂的衛星，手中的手機，無一不是現代科技的產物。

此刻，我們或許感嘆，粒子物理標準模型的大廈已經建立，其恢弘壯麗，令人敬畏。我們也可以說，在這座矗立云端的大廈之上，也飄著幾朵烏云，預示著突破的前夜。

從某種程度上說，這一代的中國年輕人是幸運的。

1984年10月，當中國第一臺加速器，北京正負電子對撞機破土動工時，他們或者還沒有出生，或者剛出生不久，那時的2.4億元投資額，占到了中國當年GDP2.6千億的約千分之一；而如今CEPC360億的投資額占到了2020年GDP114.3萬億的萬分之三。當1988年BEPC建成時，鄧小平說出了那句“中國必須在高科技領域占有一席之地”的名言，而縱觀當今世上，有能力建造希格斯工廠的，只有少數幾個國家和地區，中國已經是其中之一。

問題是，接下來的一步，中國會邁出么？

參考文獻：

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制版編輯|姜絲鴨

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