又到全國兩會召開之際,全國政協委員高杰并沒有忘記他的夢想:讓國際直線對撞機(International Linear Collider,簡稱ILC)落戶中國。
2008年3月,首次當選全國政協委員的中國科學院高能物理所研究員高杰,在全國兩會期間提出一份提案,建議中國抓住歷史機遇,適時申請成為國際直線對撞 機的承建國。高杰告訴《科學新聞》,今年他的提案仍會涉及國際直線對撞機。他的這份提案建議政府成立中國戰略發展中心,而關于國際直線對撞機的事宜,“就 應該由這個中心來協調各方面的利益和聲音,為國家戰略決定提供科學決策”。
為了推進戰略實施,國際未來加速器委員會(ICFA)責成其下屬的國家直線對撞機指導委員會(ILCSC)制定ILC全球戰略。ILCSC在2005年初成立了全球設計工作組(Global Design Effort,GDE).GDE是由60多位科學家和工程師組成的國家團隊,由Barry Barish領導,為世界各地參與ILC合作的上千位科學家和工程師制定研究策略和優先級。
據《科學新聞》了解,關于讓ILC落戶中國的設想,已經引起了多個相關部委的關注。
目前正在擬議中的國際直線對撞機,是高能物理領域繼國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃啟動之后又一項大規模的國際合作計劃項目。ILC將建造在總長約31公里的地下隧道內,造價預計可能高達100億美元。
加速,再加速
過去幾十年中,科學家借助粒子加速器,已經發現了構成自然界普通物質的各種基本粒子,以及它們之間的四種基本相互作用力。
美國能源部下屬的費米國家加速器實驗室,曾經是世界上最大的高能物理實驗室。1983年,費米實驗室耗資1.2億美元,建造了當時世界上能量最強的對撞機Tevatron.2001年7月,該實驗室在Tevatron上第一次直接觀察到τ中微子。
然而,2008年歐洲誕生了一臺能量更大的對撞機——大型強子對撞機(Large Hardron Collider,簡稱LHC).LHC將科學家們帶入了一個被稱為“太尺度”的能量前沿,以深入探索更微小的領域和更基本的現象。
對于運行了20多年的Tevatron來說,其領軍地位將被取代,甚至最終退出歷史舞臺。美國政府曾計劃在LHC啟用時就關閉Tevatron,費米實驗室也面臨一個非常不確定的未來。
與LHC相比, ILC的精度更高。
根據計劃提出者們的設想,ILC將以光速使大約100億個電子和正電子相撞,每秒對撞14000次。
顯然,無論就經濟還是技術而言,世界任何一個國家或地區都無法獨立完成ILC.
落戶之爭
美國的費米實驗室和日本的高能加速器研究機構(High Energy Accelerator Research Organization,簡稱KEK),都希望成為ILC的東道主。
2005年,60歲的物理學家Pier Oddone掌管費米實驗室后公開表示,希望通過與國際同行的努力,讓ILC落戶費米實驗室。他的夢想是,重新奪回費米的高能物理研究霸主地位。
Oddone認為,費米實驗室有人才、知識和空間來建造下一代加速器,而ILC是其目前最大的機會,“這里面有巨大的風險,但我們尋找的答案具有重大意義”。
這一想法得到了不少美國科學家的支持。Oddone同事、費米實驗室的物理學家Young Kee Kim就曾稱:“我們或者成為美國的高能中心,或者失去能量的前沿地位。”[1]
2006年,美國科學院在一份題為《揭示隱藏在自然空間和時間背后的秘密——規劃基本粒子的路徑》的報告中,也鼓勵美國爭取成為ILC的東道主,否則,粒子物理學將會在美國枯萎[2].
日本也不甘落后。2005年,KEK常務主任Yoji Totsuka在接受《自然》雜志采訪時指出,日本正在全力以赴地希望將對撞機安置在KEK[1].
還有報道稱,一些俄羅斯科學家希望將ILC建在莫斯科附近。
毫無疑問,成為ILC東道主是一個非常大的夢想,而夢想實現的最大阻力是費用。日本KEK物理學家、ILC設計方案前亞洲地區負責人Mitsuaki Nozaki告訴《科學新聞》:“雖然目前就ILC的成本分攤沒有最后定論,但是承建國所承擔的費用將更大。到目前為止,還沒有任何一個國家宣布承建 ILC.因此,ILC有可能建在世界上任何一個國家。”
而且,ILC建造所需要的國際合作規模異常龐大,其間會充斥經費來源的運作、團隊間的明爭暗斗,甚至各種復雜的國際政治問題。
命運多舛
2007年2月,國際直線對撞機參考設計方案出臺。這個龐大的研究計劃似乎正在有條不紊地向前推進。
在美國方面,ILC前期研究的絕大部分經費由費米實驗室管理。然而,2007年12月18日,美國國會通過了《美國競爭力法》,宣布2008年將用于該項目的年度經費削減3/4,僅剩下1500萬美元。
ILC總負責人Barry Barish表示,這一情況相當危急,計劃只能延期并繼續推延。原本計劃于2010年完成的設計,也不得不推遲到2012年以后[3].
雪上加霜的是,美國國會將費米實驗室的預算從3.72億美元削減到3.2億美元。經費的驟然減少,導致費米實驗室不得不中止部分項目,甚至裁員[4].
直到2008年6月30日,時任美國總統布什簽署了一項資助伊拉克戰爭高達1860億美元的計劃中,其中也包括提供給費米實驗室的經費,才使費米暫時擺脫了困境[5].
實際上,美國高能物理有充裕經費的時代或許早已結束。一些美國科學家原本提出在德克薩斯州建造一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機 (Superconducting Super Collider,SSC),耗資總額預計超過82億美元。不過,該計劃沒有得到美國國會的多數議員的認同。1993年,該計劃中止。
在英國方面,英國于2007年12月宣布退出ILC,原因是認為這個項目“不可行”。此外,其高能物理資助機構正面臨高達1.6億美元的資金缺口,退出ILC有助于縮小這個缺口。
此外,在2008年9月開始啟用的LHC,也因為氦泄漏事故而蒙上了一層陰影。臺灣資深科學文化工作者江才健博士告訴《科學新聞》:“今年是否能夠重新啟動,仍然是個謎。這也使人們對大項目是否能夠有效運轉并達到預期效果產生懷疑。”
金融危機也來得不是時候。目前,美國、日本、歐洲等發達國家經濟均陷入泥潭,各國政府在科學上的投入似乎都在縮水。
中國科學院高能物理所、北京正負電子對撞機國家實驗室主任方守賢院士告訴《科學新聞》,金融危機已經影響到ILC的建設,其進程已經推遲了。
當然,在Mitsuaki Nozaki看來,“金融危機之后,一些國家一定會在基礎科學上進行投資。在日本,政府已將ILC納入國家研究和開發預算。”
文/《科學新聞》雜志
政協委員建議百億美元大型對撞機落戶中國

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