新華社上海9月8日電 題：科學“大咖”們爭論的“對撞機”到底是什么？

新華社“新華視點”記者余曉潔,、吳晶晶,、王琳琳

繼引力波、量子通信之后,，又一個“高冷”的物理名詞成了新晉“網(wǎng)紅”－－對撞機,，因為科學“大咖”們最近在爭論中國現(xiàn)在要不要建大型對撞機“這種超大超貴的機器”。

對撞機究竟是什么,？國外發(fā)展如何,？中國進展怎樣？“新華視點”記者采訪了業(yè)內(nèi)權(quán)威專家,。

——焦點一：什么是對撞機,？

從字面上解析，對撞機就是讓某種東西在其中對撞的機器,。但“大咖”們近日爭論的對撞機對撞的可不是一般的東西,，而是高能物理領(lǐng)域被加速到接近光速的帶電微小粒子。

上世紀以來,，人類對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認知已經(jīng)從分子,、原子、原子核層次,，逐步深入到更小的結(jié)構(gòu)單位夸克和輕子,。如何對這些愈加微小粒子進行研究，這活兒只能讓對撞機干,。

“對撞機是人類探索微觀物質(zhì)世界的‘超強顯微鏡’,。科學家要研究的粒子愈微小,，選用的對撞機體積就要愈龐大,、粒子加速的能級也越高?，F(xiàn)代大型加速器的周長可達數(shù)十千米，造價在幾十億到幾百億美元不等,?！痹趪鴥?nèi)外大型對撞機工作多年的上海應(yīng)用物理研究所所長趙振堂說。

對撞機家族成員眾多,。按照對撞粒子的種類分,，可分為電子對撞機、質(zhì)子－質(zhì)子對撞機,、電子－質(zhì)子對撞機和重離子對撞機等；按照對撞機的形狀分,，可分為環(huán)形對撞機和直線對撞機,。

中國科學院物理研究所研究員曹則賢介紹，雖然對撞機的種類各有不同,，但對撞機中用于碰撞的兩束粒子一般會選擇一對正反粒子,，如電子與正電子或者質(zhì)子與反質(zhì)子。

“一對高能正反粒子碰撞會湮滅,，然后產(chǎn)生新的粒子,。所以，對撞機可以幫助我們研究這些新粒子的內(nèi)在性質(zhì),、產(chǎn)率及其能量和動量的分布,，理解粒子之間的基本相互作用，從而回答一些基礎(chǔ)物理問題,，如到底有哪些基本粒子,，有怎樣的相互作用，粒子的質(zhì)量從哪里來,，物質(zhì)的起源等,。”曹則賢說,。

在科學家眼中,，對撞機就像一個具有神奇法力的“大魔盒”。因為當粒子被加速到極高能量,、進行對撞后,，沒準兒就會產(chǎn)生地球上極為稀少的重要物理現(xiàn)象，通過捕捉,、測量這些新現(xiàn)象,，人類可以進一步發(fā)現(xiàn)自然世界的基本規(guī)律。

中科院高能物理研究所副研究員,、國家“青年千人計劃”入選者朱宏博說,，過去50年,，粒子物理學界最為成功的理論模型就是標準模型，這一模型很大程度上是通過對撞機實驗的充分驗證而逐漸確立的,。歷史上,，近20位諾貝爾物理學獎獲得者的工作都與確立標準模型有關(guān)，代表著主流科學社會對于對撞機及其實驗研究的高度認可,。

當然,，對撞機并不是科學“大咖”們的專利品，它對社會經(jīng)濟民生以及人類科技發(fā)展也有巨大的推進作用,?！氨热鐝募铀倨骷夹g(shù)發(fā)展出質(zhì)子治癌技術(shù)，提高癌癥治愈率,。從加速器技術(shù)衍生出的散裂中子源,、同步輻射光源等為材料、生物研究提供先進技術(shù)手段等,；從對撞機實驗發(fā)展出的諸多精密探測器技術(shù)也在國土安全,、航空航天、工業(yè)探測,、醫(yī)療成像等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。”朱宏博說,。

——焦點二：對撞機世界發(fā)展狀況怎樣,？

據(jù)介紹，早在20世紀50年代,，歐洲,、美國和蘇聯(lián)的科學家提出了各自建造對撞機的計劃。1962年,，世界上第一臺對撞機在意大利弗拉斯卡蒂實驗室建成,。次年，美國和蘇聯(lián)也分別建成了正負電子對撞機,。在這以后,，對撞機隨粒子物理的發(fā)展需求，如雨后春筍出現(xiàn)在世界各大高能物理實驗室,。

據(jù)介紹,，歐洲核子研究中心的大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器，它位于日內(nèi)瓦附近,、瑞士和法國交界地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道內(nèi),，隧道環(huán)的周長為27千米。

朱宏博說,，目前,，國際上正在運行的除了歐洲大型強子對撞機,，還有美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機，中國科學院高能物理研究所的北京正負電子對撞機等,。擬建的有日本的國際直線對撞機,，歐洲核子研究中心的未來環(huán)形對撞機和緊湊型高能直線正負電子對撞機等。

過去50年,，對撞機在基礎(chǔ)物理領(lǐng)域特別是在驗證,、完善粒子物理的標準模型方面取得了豐碩成果。例如,，2012年歐洲大型強子對撞機實驗發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子粒子,，這是2013年諾貝爾物理學獎的實驗基礎(chǔ)；2008年的諾貝爾物理學獎獲得者關(guān)于對稱性破缺的重要工作,，也是基于對撞機的實驗驗證,。

歷史上也有遇挫的例子，比如為人熟知的美國的超導(dǎo)超級對撞機,。遇挫的項目往往技術(shù)預(yù)研究不夠充分就匆匆上馬,，工期延長,，成本上升,。所以，對于未來對撞機項目,，需充分重視技術(shù)預(yù)研的重要性,，細致工作、嚴密論證,，為項目順利實施奠定扎實基礎(chǔ),。

——焦點三：中國的對撞機發(fā)展如何？

曹則賢表示,，中國目前在北京,、合肥和上海三地有加速器，但只有北京的加速器作為正負電子對撞機使用,，運行在十億電子伏特的能量水平上,。如果有大型對撞機，可以在更高能量水平上從事粒子物理研究,。

回顧我國對撞機的發(fā)展歷程,，朱宏博說，上世紀七八十年代,，經(jīng)李政道,、潘諾夫斯基等建議，國內(nèi)科學家設(shè)計并充分論證,，經(jīng)國家領(lǐng)導(dǎo)人批示,，建造北京正負電子對撞機,。

北京正負電子對撞機是世界八大高能加速器中心之一。1988年10月16日,，兩束正負電子在北京西郊一個羽毛球拍狀的巨型機器里成功對撞,，揭開了我國高能物理研究的新篇章。在穩(wěn)定,、高效運行了15年后,，北京正負電子對撞機于2003年圓滿完成了預(yù)定的科學使命。

北京正負電子對撞機重大改造工程于2004年1月動工,，耗資6.4億元,，于2009年5月成功通過驗收，性能比改造前提高了30多倍,，繼續(xù)保持了我國在國際高能物理研究上的優(yōu)勢,。“在中國工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的條件下,，我們選擇了自主研發(fā)各類關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備,，最終使得改造工程對撞機部件的國產(chǎn)化率達到85%?！敝旌瓴┱f,。

中科院高能物理研究所所長王貽芳此前表示，規(guī)劃的大型對撞機項目(以周長為100公里算)分兩步走：第一步正負電子對撞機建設(shè)階段,，約在2022年至2030年間,；第二步質(zhì)子對撞機階段，需要經(jīng)過充分的科技攻關(guān),，嚴密的技術(shù)論證,。

其中，正負電子對撞機可將希格斯粒子的測量精度提高至1%左右,，這就可以確認希格斯粒子的性質(zhì),，判斷希格斯粒子是否與標準模型預(yù)言完全一致。正負電子對撞機還有望首次測量希格斯粒子的自耦合,，確定希格斯場參與的真空相變的形式,，這對宇宙的早期演化具有重要意義。

（編輯：笑琰）