2018年11月14日,CEPC《概念設計報告》正式發佈。CEPC團隊、國際顧問委員會部分委員和CEPC《概念設計報告》國際評審委員會成員合影。圖/中國科學院高能物理研究所

2018 年11 月12 日下午6 點半,北京市玉泉路,中國科學院高能物理研究所,所有建築和行人沐浴在初冬夜晚的清冷與安靜之中。不同的是,主樓西側一座新樓的大廳裏,卻充滿了熱望和興奮。這裏正進行着一場西式的招待酒會,只供應酒水和小而精緻的西式冷餐,來自不同國家的上百名高能物理研究領域的專業人士,或持杯歡談,或排隊取食,或駐足學術海報,流暢而持久的英文交談隨處可聞,氣氛既熱烈又不喧鬧。

高能物理研究所所長王貽芳毫無疑問是中心人物,剛進入大廳,就被兩位外國同行拉住聊天。其中一位雙手舞動,熱情而興奮,王貽芳端着半杯紅酒,沒有太多表情,偶爾爆發出一個笑容又迅速消失,但這不妨礙他們相談甚歡。

王貽芳與國際同行交流   胡辰旭/攝

這是2018 環形正負電子對撞機(CEPC)國際工作會議的首日招待活動。環形正負電子對撞機又被稱爲中國的“超級對撞機”,因2016 年楊振寧和王貽芳爭論是否應該立項而聲名大噪。反對者認爲,這個項目耗資巨大(按照CEPC團隊最新的估算,大約要耗資300 多億人民幣),性價比不高;支持者認爲這個項目科學目標極爲重要,是人類認識宇宙微觀根本規律的重要路徑,將使中國成爲世界科學中心,並促進工業技術及產業的高端發展。目前國家對於這個項目還沒有明確表態,不過國家正在對於《積極牽頭國際合作大科學計劃和大科學工程實施方案》進行培育項目的遴選準備,CEPC項目正在積極爭取成爲該實施方案中培育項目的入選者。

2012 年,歐洲核子研究中心(CERN)觀測到希格斯粒子——它被稱爲“上帝粒子”,是物理學標準模型缺失的最後一環,被認爲是物質的質量之源,對於認識微觀物質世界和未知的暗物質等奧祕具有根本性作用。因爲發現的希格斯粒子的質量比預期要小,因此中國有機會建造能量較低、實驗環境更爲乾淨、性價比更高的正負電子對撞機大量產生非常乾淨的希格斯粒子,從而對其進行精確的系統研究,進而發現新的物理現象和物理規律。由此,CEPC計劃應運而生。

CEPC計劃2012 年9 月由中國科學家提出,本次在高能物理研究所舉行的會議是CEPC第二次國際合作會議,共有300 餘人註冊,其中80 餘人來自歐、美、日、韓等國,會議語言爲英文。會議國際化程度如此之高,王貽芳的評價底氣十足,“一方面說明我們的科研計劃有足夠大的吸引力;另一方面是因爲我們自己的研究水平與國外相當,才能進行足夠對等、深入的交流。”

常被媒體形容爲神態“高冷”的王貽芳,14 日卻難掩興奮之色。這一天,他作爲CEPC指導委員會主席,代表CEPC研究工作組正式對外發布了CEPC《概念設計報告》。這份厚厚的報告包含《加速器卷》《探測器和物理卷》兩部分,分別闡述了CEPC加速器和探測器的可行性設計方案,以及該項目的科學意義。同時也詳細評估了CEPC相對於歐洲大型強子對撞機LHC在科學上的優勢。《概念設計報告》作者欄上,有上千位來自不同國家、研究機構和大學的科學家的簽名。CEPC機構委員會主席高原寧介紹說,簽名者有一部分是參與研究和撰寫報告的人,還有一部分是支持並有意願參與CEPC計劃的人。在發佈會上,CEPC國際諮詢委員會主席、美國芝加哥大學教授、費米國家實驗室前執行副主任Young-Kee Kim,CEPC國際諮詢委員會成員、美國伯克利大學加利福尼亞分校教授Hitoshi Murayama等幾位國際同行紛紛對CEPC發佈《概念設計報告》表示了祝賀以及高度期待。Young-Kee Kim說,自己最初對CEPC存有兩方面的擔憂:一是怕中國高能物理學界面對如此高難度的大項目,力有不逮;二是擔心中國高能物理學界會撇下國際同行想自己完成這個項目,這樣成功概率會更低,“現在兩個顧慮都打消了”,Young-Kee說。美國普林斯頓高等研究院教授、中國科學院高能物理研究所高能物理前沿研究中心主任Nima Arkani-Hamed用富有激情的語速說道,“CEPC將有可能帶領我們發現新物理,進一步認識世界的本質”。整個會場熱情洋溢,一派喜氣。

CEPC《概念設計報告》發佈後,媒體紛紛跟進報道。高能物理研究所官方微信公衆號也發佈了這條消息,當天點擊近萬次。該所一位工作人員說,自己的微信朋友圈被CEPC的新消息刷屏了,同事們的心情就像過年一樣。“CEPC《概念設計報告》得到了國際同行的高度認可,它的發佈也意味着CEPC計劃取得了里程碑式進展,標誌着我們將進入《技術設計報告》(TDR)階段了”。CEPC《概念設計報告》中《加速器卷》負責人、CEPC機構委員會副主席、中國科學院高能物理研究所研究員高傑說。高傑在本次國際工作會議上的大會報告中,率先發布了以河北秦皇島和杭州爲備選建設城市而製作的CEPC數字化3D視頻(見文末),通過加速器設計真實數據全方位展示了CEPC環形隧道的內部結構、工作模式,不疾不徐又不乏力量的音樂引起了與會者的內心共振,場上響起熱烈的掌聲。高傑還主持了一個與CEPC產業促進會(CIPC)相關的分會場,CIPC是爲了推進CEPC關鍵技術預研、產業化準備以及促進CEPC預研中所產生的高新技術向相關企業進行技術轉移而成立的。據高傑介紹,CEPC產業促進會目前已經吸收了近70 家企業,它們參與了不少核心技術的研發,並且成爲了CEPC的重要研發力量,比如對撞機對撞區準值的機械設計、對撞區的連接等核心部件的設計。

CEPC機構委員會副主席、中國科學院高能物理研究所研究員高傑   胡辰旭/攝

明顯可以發現,中國科學家面對大科學工程正在逐漸形成成熟的工作機制,大到重視與國內外同行、企業的協作,小到重視宣傳工作。在發佈會前,高能物理研究所研究員阮曼奇爲了幫助媒體更好地瞭解CEPC的背景,專門爲記者作了一場科普報告。阮曼奇是青年一代科研人員的代表,樂於溝通,表達力強,他用兩幅油畫形容了CEPC與歐洲質子研究中心LHC的優勢對比:LHC獲得希格斯粒子,像是海底撈針;CEPC獲得希格斯粒子,像是米勒《拾穗者》中撿拾麥穗的人一樣悠閒寫意。

CEPC計劃的基礎研究進展順利。同時爭議仍在,國家也並未表態。一名正在美國做CEPC相關研究工作的年輕博士後正在糾結要不要回國加入CEPC團隊,“CEPC只要開建,會形成巨大的吸引力,我們這些人都能派上用場。但如果我回來,又擔心幾年後它沒有獲准立項”,他既興奮也有猶豫。

CEPC團隊顯然正在積極努力爭取政府的支持,但在此之前必須按照既定日程緊鑼密鼓地開展堅實的設計和技術預研工作。按照計劃,CEPC希望在國家十四五期間開始建設、2030 年左右竣工,才能搶佔最佳研究時機。談及這個項目面臨的最大挑戰,王貽芳說,“外部的爭議我無法左右,單就CEPC計劃內部的科學研究來看,目前是沒有任何問題的,最大的挑戰在於如何在一項如此龐大的科研工作當中加強技術管理,擴大國際合作,才能更大限度地保證項目順利、高效地開展。”

中國科學院高能物理研究所以河北秦皇島爲備選建設城市而製作的CEPC數字化3D視頻

作者簡介:李娜,科技導報社。

本文將在2018 年第22 期《科技導報》發表,敬請關注。

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