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?何小剛。來(lái)源：國(guó)立清華大學(xué)物理系

撰文 | 何小剛（上海交通大學(xué)、國(guó)家千人計(jì)劃講席教授，臺(tái)灣大學(xué)特聘教授）

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《知識(shí)分子》2017年1月25日刊登了中國(guó)科學(xué)院理論物理所何祚庥院士對(duì)中國(guó)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)的意見(jiàn)。此長(zhǎng)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(shí)相差甚遠(yuǎn)的描述和錯(cuò)誤的主觀臆斷。一些同事和朋友鼓勵(lì)本人對(duì)何院士的文章做一個(gè)述評(píng)。本人作為長(zhǎng)期從事粒子物理研究和關(guān)心中國(guó)建設(shè)大型對(duì)撞機(jī)的研究人員，覺(jué)得確實(shí)應(yīng)該讓公眾對(duì)相關(guān)物理部分有一個(gè)正確了解，將事實(shí)與臆測(cè)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(guó)SSC被取消以及他對(duì)所謂“大沙漠”理論的介紹，對(duì)由科學(xué)院高能所所長(zhǎng)王貽芳院士領(lǐng)導(dǎo)的在中國(guó)建造環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)CEPC和強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)SPPC的努力提出質(zhì)疑。何院士認(rèn)為，“對(duì)于SSC項(xiàng)目的決策，實(shí)為國(guó)家主持財(cái)政的人員認(rèn)為這一項(xiàng)目并沒(méi)有太大的科學(xué)價(jià)值，且花費(fèi)大，將會(huì)影響國(guó)家的發(fā)展能力，因而最終拋棄?！辈恢@個(gè)結(jié)論是來(lái)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(guó)國(guó)會(huì)取消SSC的內(nèi)情復(fù)雜，但主要原因包括當(dāng)時(shí)的政府赤字且與國(guó)際空間站爭(zhēng)奪經(jīng)費(fèi)、美國(guó)的兩黨政治斗爭(zhēng)（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(jìng)爭(zhēng)，還有管理不善、預(yù)算錯(cuò)誤、國(guó)際合作不夠等。具體依據(jù)請(qǐng)參考當(dāng)時(shí)SSC的負(fù)責(zé)人之一、美國(guó)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(xiě)的研究著作Tunnel Vision【2】。今天國(guó)際高能物理學(xué)界公認(rèn)的是，SSC半途下馬使美國(guó)的高能物理研究失去了發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的機(jī)會(huì)，失去了國(guó)際高能物理的領(lǐng)導(dǎo)地位。這是一個(gè)錯(cuò)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(gè)主要觀點(diǎn)似乎是凡是美國(guó)政府不做的我們都不應(yīng)該做。但是，正如王貽芳所長(zhǎng)在《知識(shí)分子》上發(fā)表的回應(yīng)楊振寧先生的批評(píng)文章中所指出的，“今天的中國(guó)已經(jīng)干了很多美國(guó)人不干、或干不了的事，未來(lái)這樣的事還會(huì)有。SSC失敗，不代表我們就不能建造大型加速器”。計(jì)劃中的CEPC能大量產(chǎn)生希格斯粒子并對(duì)其做精確研究，一些重要物理量的測(cè)量精度會(huì)比LHC提高10倍。因此無(wú)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(guò)去的一步。

這種“美國(guó)一貫正確“的論點(diǎn)已經(jīng)被歷史反復(fù)證明是錯(cuò)誤的和有害的?；氐絊SC下馬的例子上。歐洲核子中心當(dāng)時(shí)堅(jiān)信高能對(duì)撞機(jī)的物理意義。他們并沒(méi)有因?yàn)槊绹?guó)政府取消SSC停下前進(jìn)的腳步，而是聯(lián)合各國(guó)的物理學(xué)家，繼續(xù)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的建設(shè)。這個(gè)正確的決定帶來(lái)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(lái)的加速器將不會(huì)有新發(fā)現(xiàn)。在此首先要澄清，“大沙漠”并非一個(gè)理論，而僅是一種猜測(cè)。從目前在10³ GeV左右還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新粒子出發(fā)就推斷能量一直高到10¹⁹ GeV（16個(gè)數(shù)量級(jí)?。?/span>都不會(huì)有新物理，這種猜測(cè)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(zhǎng)壽命、e⁺e^-（編者注：正負(fù)電子）對(duì)撞實(shí)驗(yàn)的許多結(jié)果不符，簡(jiǎn)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(duì)稱理論，認(rèn)為應(yīng)該存在10³ GeV量級(jí)的新粒子。這樣統(tǒng)一理論能夠自然實(shí)現(xiàn)，是解決大統(tǒng)一問(wèn)題的較好方案。當(dāng)然這些理論也是某種猜測(cè)，它們能否描述自然界，仍需要下一代的加速器實(shí)驗(yàn)來(lái)指出正確的方向。但以“大沙漠”理論作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)說(shuō)明新的加速器沒(méi)有必要，實(shí)在是不能自圓其說(shuō)。

何院士在其文章的第三部分得出結(jié)論：“將上述兩個(gè)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(zhǎng)提出的CEPC-SPPC方案，只不過(guò)是已經(jīng)被美國(guó)國(guó)會(huì)完全拋棄的‘創(chuàng)新’”。這個(gè)結(jié)論與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。事實(shí)上，CEPC與SPPC的方案與SSC方案有本質(zhì)不同。首先這里有一個(gè)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)作為第一步，這是SSC所沒(méi)有的。而這第一步電子對(duì)撞機(jī)也不是中國(guó)獨(dú)家，事實(shí)上還面臨與日本的國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)（ILC）和歐洲的未來(lái)環(huán)形對(duì)撞機(jī)（FCC）的競(jìng)爭(zhēng)。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(duì)撞機(jī)（希格斯工廠）來(lái)研究希格斯粒子；王貽芳所長(zhǎng)在2012年9月提出建設(shè)環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）并在后期改建為質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SPPC）的設(shè)想；歐洲在2012年底提出未來(lái)環(huán)形對(duì)撞機(jī)，包括電子部分（FCC-ee）與質(zhì)子部分（FCC-hh）的設(shè)想?？梢?jiàn)在這一波國(guó)際上關(guān)于高能物理未來(lái)發(fā)展的討論中，我們中國(guó)科學(xué)家首先提出了將希格斯工廠與質(zhì)子對(duì)撞機(jī)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(lái)發(fā)展高溫超導(dǎo)技術(shù)，帶動(dòng)一個(gè)全新的領(lǐng)域并對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響。這是一個(gè)極為創(chuàng)新的方案，絕不是一個(gè)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(jì)學(xué)課。對(duì)沒(méi)有涉獵相關(guān)領(lǐng)域的人們來(lái)講應(yīng)該說(shuō)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(shí)的750 GeV粒子的消失，作出高能對(duì)撞機(jī)在LHC能區(qū)，其“邊際效用”已遞減為零的結(jié)論。何院士說(shuō)：“日內(nèi)瓦中心的LHC對(duì)于高能物理的貢獻(xiàn)是巨大的，它運(yùn)轉(zhuǎn)了20年，先后共發(fā)現(xiàn)了四個(gè)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(gè)小問(wèn)題，即輕子數(shù)是否‘絕對(duì)’守恒問(wèn)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(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的；LHC實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，迄今運(yùn)行不到7年。這個(gè)例子極好地說(shuō)明了，科學(xué)的重大發(fā)展是多少國(guó)度，多少代人的努力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)LHC在發(fā)現(xiàn)希格斯粒子后有了新的開(kāi)始，更多的數(shù)據(jù)將會(huì)提供新的方向。在此要特別提請(qǐng)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(lái)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(kāi)墾領(lǐng)域，也許是人類了解最基本自然規(guī)律超級(jí)“邊際效應(yīng)”的最好途徑。

在過(guò)去幾十年間，中國(guó)已在各個(gè)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(zhǎng)足的進(jìn)步。高能所在按時(shí)、按預(yù)算執(zhí)行國(guó)家大型科學(xué)計(jì)劃等方面都有良好紀(jì)錄。特別是最近剛剛獲獎(jiǎng)的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程和大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)并無(wú)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(guò)去了。國(guó)家在執(zhí)行大計(jì)劃的規(guī)范更健全、建設(shè)團(tuán)隊(duì)能力也極大的增強(qiáng)的今天，為什么不能夠按計(jì)劃時(shí)間和計(jì)劃經(jīng)費(fèi)與國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作完成？何院士是否應(yīng)該對(duì)中國(guó)團(tuán)隊(duì)的成長(zhǎng)以及團(tuán)隊(duì)能力要有更多的信心，以此激勵(lì)中國(guó)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(jiǎng)得主丁肇中教授的私人交談。在討論王所長(zhǎng)關(guān)于CEPC的建議時(shí)，何院士引述了丁教授的話“干嘛弄這個(gè)？一點(diǎn)意思也沒(méi)有?！比藗儫o(wú)法知道是否確有其事，但去年《知識(shí)分子》和丁教授有過(guò)較正式的公開(kāi)交流。在此特引用2016年10月22日《知識(shí)分子》推送的原文：

在《知識(shí)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(jiǎng)得主楊振寧先生的電子郵件和楊先生簡(jiǎn)短的回復(fù)（詳見(jiàn)

http://mp.weixin.qq.com/s/TKlanCFI7eRD7XFMomt5yA）。何院士在郵件中指出現(xiàn)在的討論其實(shí)集中在希格斯工廠上。既然如此，何院士在《知識(shí)分子》上的文章仍然以SPPC為主要目標(biāo)就令人費(fèi)解了。何院士在郵件中對(duì)CEPC的描述有很多錯(cuò)誤。例如，何文說(shuō)一個(gè)30公里的Z工廠造價(jià)極低，可以得到比CEPC多10⁶～10⁸倍的Z粒子。但實(shí)際上最多只有100倍，造價(jià)也不會(huì)低過(guò)2倍。中國(guó)高能物理學(xué)會(huì)對(duì)此方案及其它一些方案都有過(guò)討論，從科學(xué)意義、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)進(jìn)步與能力、造價(jià)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(guó)際直線加速器ILC（注：何文中的英文縮寫(xiě)有誤。SLAC是美國(guó)斯坦福直線加速器實(shí)驗(yàn)室的英文縮寫(xiě)）相對(duì)比，說(shuō)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(gè)數(shù)量級(jí)。而事實(shí)正相反！在希格斯工廠的能區(qū)，CEPC這樣的環(huán)形對(duì)撞機(jī)比直線對(duì)撞機(jī)亮度高已經(jīng)是公認(rèn)的基本事實(shí)。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(jià)格卻是CEPC的兩倍。CEPC還同時(shí)可以作為Z工廠，而ILC不能。兩者的性價(jià)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(duì)撞機(jī)需要的錢(qián)是無(wú)底洞。在之前的辯論中，CEPC需要的錢(qián)已經(jīng)由大量的事實(shí)和詳實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)論證。 “無(wú)底洞”是一種沒(méi)有任何根據(jù)的猜測(cè)。楊先生說(shuō)CEPC不能解決引力量子化問(wèn)題。但事實(shí)上CEPC甚至SPPC的科學(xué)目標(biāo)從來(lái)就不是引力量子化問(wèn)題。用這個(gè)來(lái)批評(píng)CEPC就像說(shuō)發(fā)射火箭不能治療癌癥一樣。

總的來(lái)說(shuō)，本人認(rèn)為何院士文章的出發(fā)點(diǎn)錯(cuò)誤，很多論據(jù)與事實(shí)不符，由此得出的結(jié)論自然不可能正確。有關(guān)CEPC-SPPC計(jì)劃的方方面面在前幾個(gè)月的公開(kāi)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(guó)內(nèi)國(guó)外蓬勃開(kāi)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(zhǎng)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