高能所所长驳杨振宁:中国建造大型对撞机正当其时(1)

9月4日,《知识分子》刊发了杨振宁先生的文章《中国今天不宜建造超大对撞机》,作为正在高能物理一线从事实验工作的科学家、现任中国科学院高能物理研究所所长,我不能同意他的观点。

(一)杨先生反对的第一点理由是造大型加速器是无底洞。这里涉及三个问题,一个是SSC为什么失败?第二是中国的大型加速器需要多少钱?第三是这个估计可靠吗,是不是又是一个无底洞?下面我一一回答。

美国超导超级对撞机(SSC)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、美国的两党政治斗争、德克萨斯与其他地区的区域竞争等。“预算超支”绝不是SSC失败的主要原因。

对美国来说SSC半途下马是极为错误的,它使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机会,失去了国际领导地位,到现在还没有翻身。当年美国科学界反对SSC的理由跟我们今天在中国听到的很相似。事实上SSC的终止并没有让任何科学家获得经费的增加。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。

中国的政治与美国完全不同,对大工程建设实际上有优势,因为偶然性较小。SSC失败,不代表我们就不能建造大型加速器。

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。

如果这第一步成功,CEPC有新物理的迹象,且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟,其价格降到合理水平(比如20元/千伏安米),我们可以走第二步,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。这里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。

过去50年间,国际上有许多成功的加速器工程(如LEP,LHC,PEPII,KEKB/SuperKEKB等),也有许多不太成功的加速器工程(ISABELLE,SSC,FAIR等)。这里不成功的都是质子加速器,电子对撞机还没有不成功的先例。原因主要还是质子加速器较为复杂,对超导技术的预估较难,不易在技术、造价与指标上有一个恰当的把握。

高能所建所40年以来,在北京正负电子对撞机、大亚湾中微子实验、散裂中子源、ADS注入器等超过亿元的大型加速器及探测器工程中,均按工期、指标完成,实际造价与预算相比,连5%都没有超。我们有成熟的估价、建造、管理经验。

对CEPC的估价我们采用了两种办法:(1)分解法:将各设备部件造价相加;(2)类比法:与国内外已完成的同类装置与设备相比。在总价和系统级,两种办法得出的结果,误差在20%以内。在完成了初步概念设计以后,我们产生了一个1000多项的设备清单,据此进行了造价估计,并邀请国内外专家进行了评审。

对第二阶段SPPC的估计我们只采用了类比法。因为这不是现阶段的任务,只是可能性。谈论它的造价意义不大。不成熟不会启动,所以怎么会是无底洞呢?

(二) 杨先生反对的第二点理由是中国目前仍然是一个发展中国家,还有亟待解决的民生问题,超大型对撞机不是燃眉之急,目前不宜考虑。

民生问题当然要解决,但我们也要考虑长远,发展要可持续,要有领先世界的能力。高能物理研究物质的最小结构及其规律,采用的手段从加速器、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,很大程度上引领了这些高技术的发展并得到广泛应用。建造大型对撞机可以使我们领先国际达几十年,使一些重要技术产品实现国产化并走到世界最前沿,可以形成一个国际科技中心吸收国外智力资源,可以培养几千名能创新的的顶尖人才,怎么不是燃眉之急,当务之急?

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