210亿欧元！欧洲核子研究中心决心建造超级对撞机，中国进展如何

欧洲核子研究中心向建设100公里长的环形超级对撞机迈出了重要一步，以推动高能物理学的前沿。

未来环形对撞机（FCC）想象图

6月19日，欧洲核子研究中心（CERN）理事会一致通过了建设超级对撞机的方案。该项目名为未来环形对撞机（FCC），预计耗资210亿欧元，是CERN继大型强子对撞机（LHC）之后的又一个重大行动。该设计将在瑞士日内瓦附近的地下建造周长100公里的环形设备，尺寸为LHC的4倍，能量达到LHC的7倍。

FCC规划图

CERN理事会批准的这份方案，称为《欧洲粒子物理战略更新》。它概述了发展的两个阶段。首先，到本世纪中叶，将建设一个正负电子对撞机，通过优化碰撞能量，以最大程度地产生希格斯玻色子，并详细了解其性质。

到本世纪后半段，正负电子对撞机将被拆除，然后被质子-质子对撞机取代。CERN现有的LHC可以执行正负电子和质子-质子之间的对撞，能量能够达到16TeV（目前全球最高），而新的质子-质子对撞机碰撞能量将达到100TeV。它的目标是寻找新的粒子或自然力，并扩展或修正当前的粒子物理学标准模型。

最终机器需要的许多技术尚未开发，这将成为未来几十年研究和开发的主题。

但是，在CERN开始建造新机器之前，将不得不寻求正常预算之外的新资金。CERN也希望寻求欧洲以外的国家的支持，比如包括美国、中国和日本。

中国科学院高能物理研究所（IHEP）负责人王贻芳院士多年来一直为国产超级对撞机奔走。国产超级对撞机正式名称为中国超大环形正负电子对撞机（CEPC，简称"超大对撞机"）。对于欧洲同事的决定，王贻芳认为是正确的方向。FCC与CEPC策略相似，都是第一期进行正负电子对撞，之后进行更高能量的质子-质子对撞。

根据CERN的计划，到2038年才开始真正建设新的100公里正负电子对撞机。在此之前，CERN将继续使用LHC并建造升级版的高光度LHC对撞机。

这项计划耗资巨大，很可能挤占其他科学家的研究经费。批评者认为，除了更精确的测量已知粒子（希格斯玻色子）的性质以外，无法保证科学回报。

发现希格斯玻色子

一些科学家认为如果将该项目所需的庞大资金用于其他类型的大型设施，可能会带来更大的回报。比如说，在月球背面建造一台大型射电望远镜，或者在空间轨道上放置一台引力波探测仪，在科学收益方面都可能比对撞机更加安全。

FCC的可能成果完全处于未知领域，有可能一无所获。LHC项目当初有寻找希格斯玻色子的明确目标，并且物理学家有充分的理论支持，然而对于FCC而言，没有类似的、理论的预测。

尽管如此，支持者认为，寻找答案的唯一方法是通过实验，而找到答案的唯一地方就是我们还未能够到达的地方。

杨王之争

CERN理事会通过的这项方案，让我们不得不重新想起杨振宁和王贻芳两位院士对CEPC项目的激烈争论。

CEPC计划是中国高能物理学家于2012年提出的，旨在高能物理领域探索和理解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。

2016年，杨振宁提出了7点反对理由。

杨振宁

（一）建造大对撞机美国有痛苦的经验：1989年美国开始建造当时世界最大对撞机，预算开始预估为30亿美元，后来数次增加，达到80亿美元，引起众多反对声音，以致1992年国会痛苦地终止了此计划，白费了约30亿美元。这项经验使大家普遍认为造大对撞机是进无底洞。

目前世界最大对撞机是CERN的LHC。2012年6000位物理学家用此对撞机发现了希格斯粒子，是粒子物理学的大贡献，验证了“标准模型”。LHC的建造前后用了许多年，建造费加上探测器费等等加起来一共不少于100亿美元。高能所建议的超大对撞机预算不可能少于200亿美元。

（二）高能所倡议在中国建造超大对撞机，费用由许多国家分摊。可是其中中国的份额必极可观。今天全世界都惊叹中国GDP已跃居世界第二。可是中国仍然只是一个发展中国家，人均GDP还少于巴西，墨西哥或马来西亚，还有数亿农民与农民工，还有解决的环保问题，教育问题，医药健康问题，等等。建造超大对撞机，费用奇大，对解决这些燃眉问题不利，我认为目前不宜考虑。

急待

（三）建造超大对撞机必将大大挤压其他基础科学的经费，包括生命科学，凝聚态物理，天文物理，等等。

（四）为什么有不少高能物理学家积极赞成建造超大对撞机呢？原因如下：

A.高能物理学是二战后的一个新兴领域，此领域七十年来有了辉煌的成就，验证了“标准模型”，使人类对物质世界中三种基本力量有了深入了解。可是还有两项大问题没有解决：

甲）对剩下的第四种基本力量，引力，的深入了解还有基本困难。

乙) 还没有能了解如何统一力量与质量。希望解决此二问题当然是所有物理学家的愿望。

B.有些高能物理学家希望用超大对撞机发现“超对称粒子”，从而为人类指出解决此二问题的方向。

但是找超对称粒子已经有很多年了，完全落空。今天希望用超大对撞机来找到超对称粒子，只是一部分高能物理学家的一个猜想。多数物理学家，包括我在内，认为超对称粒子的存在只是一个猜想，没有任何实验根据，希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。

（五）七十年来高能物理的大成就对人类生活有没有实在好处呢？没有。假如高能所建议的超大对撞机能实现，而且真能成功地将高能物理学更推进一大步，对人类生活有没有实在好处呢？我认为短中期内不会有，三十年，五十年内不会有。而且我知道绝大多数物理学家都同意我的这个说法。

（六）中国建立高能所到今天已有三十多年。如何评价这三十多年的成就？今天世界重要高能物理学家中，中国占有率不到百分之一、二。建造超大对撞机，其设计，以及建成后的运转与分析，必将由90%的非中国人来主导。如果能得到诺贝尔奖，获奖者会是中国人吗？

（七）不建超大对撞机，高能物理就完全没有前途了吗？不然。我认为至少有两个方向值得探索：A. 寻找新加速器原理。B. 寻找美妙的几何结构，如弦理论所研究的。这两方面的研究都不那么费钱，符合当今世界经济发展的总趋势。

随即，王贻芳针对杨振宁的7点理由，也通过媒体发表了逐条的反驳。

王贻芳

如，杨振宁反对的第1条理由。

王贻芳认为：美国建世界最大对撞机（SSC）失败的原因有很多，包括当时的政府赤字、与国际空间站争夺经费、两党政治斗争、德克萨斯与其它地区的区域竞争，还有管理不善、预算错误、造价飙升、国际合作不够等。“预算超支”绝不是SSC失败的主要原因，而是有其特殊及偶然原因，主要是政治因素。

“对美国来说，SSC中途下马是一个极为错误的决定，它使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机会，失去了未来发展的基础和机遇，失去了国际领导地位，到现在还没有翻身。这个决定对美国的大科学研究产生了极为负面的影响，并使一代美国人失去了梦想的勇气。当年美国科学界反对SSC的理由跟我们今天在中国听到的有很多相似的地方。事实上SSC的终止并没有让任何科学家获得经费的增加，当然SSC的启动也没有减少任何人的经费，很多当年反对的人后来也后悔了。”

王贻芳强调，美国终止建造SSC之后，欧洲建造了LHC，并获得了极大的成功。

当然，杨振宁还提到了钱的问题，对于这项可能花费几百亿上千亿人民币的大科学工程，他说：中国GDP虽然已跃居世界第二，但中国仍然只是一个发展中国家，人均GDP还少于巴西、墨西哥或马来西亚，还有数亿农民与农民工，还有解决的环保问题，教育问题，医药健康问题等等。

急待

对此，王贻芳当时也提出了自己的看法。他估算了中国的CEPC从2022年建设到2050年左右完工，大约需要1千亿元左右的人民币。

2007年10月，中国科学院高能物理所开始建造大亚湾中微子实验工程，并于2012年3月宣布：在世界上发现了中微了第三种振荡模式。王贻芳等科学家还因此而获得2015年美国基础物理学突破奖。

王贻芳在江门中微子实验站建设现场

中国超大环形正负电子对撞机（CEPC）

正是在这样的背景下，中国科学家在2012年又提出了建造CEPC的建议。

就在中国CEPC完成《概念设计报告》两个多月后，CERN也公布了FCC的概念设计报告。

如果仔细对比两个方案，可以发现，CERN的FCC与中国的CEPC大同小异：都是周长100公里，技术路线都是先搞正负电子对撞然后升级到质子加速。当然，我国的造价约为CERN的一半左右。

两个方案的建设时间表也很有意思。CEPC的一期工程计划到2030年完成，二期工程计划2040年完成；而CERN的FCC一期工程计划在2040年前后完成，二期计划在2050年代后期投入使用。前后相差大约都是10年。

技术路线大致相同，时间中国比欧洲要早10年左右。因此，王贻芳等科学家认为，对中国高能物理研究来说，建设超大环形对撞机是一次重大机遇。

“我们有10年的窗口期，有非常大的把握取得成功，可能改变世界高能物理研究的格局。如果错过这个机遇，我们就只能继续做拾遗补缺的工作了。”

对于CERN这个针锋相对的计划，中国科学家反而感到鼓舞，这等于为CEPC方案做了一次“免费的第三方论证”，证明我们的设计方案是正确的。

最新进展

5月25日，全国人大代表、中科院高能物理研究所所长、中科院院士王贻芳接受新京报记者专访时透露了CEPC最新科研进展：首批关键设备的研制成果已亮相，部分达到了设计指标要求，整体工作按照计划向前推进。

针对疫情期间科研项目受到的影响，王贻芳表示，由于财政资金的压减，一些大项目面临设备采购合同无法正常执行、招标延期、项目停工等风险。为此，他建议允许多渠道筹措资金完成国家重大建设项目，并办理财政资金归垫。

查看CEPC主页发现，时不时有项目动态发布，可见项目一直在向前推进。

CEPC最终能否开工建设，主要看资金能否到位。