大型对撞机建还是不建，这是一场理性的碰撞 | 科学人
编者按：
最近，围绕着着“中国是否应该在当前上马大型对撞机项目”这个问题，众多科学家针锋相对的发言在互联网上引发了一波又一波激烈的辩论。然而，辩论不断升级，“反撞派”与“挺撞派”之间却并没有真正你来我往的正面交锋。
理越辩越明，道越论越清。大型对撞机到底该不该建？果壳网科学人邀请五位重量级理论物理学家齐聚科学人线上沙龙直播间，让“挺撞派”和“反撞派”正反两方科学家首次有机会展开了一场“面对面”的线上大碰撞。
辩论刚刚结束，我们对三天的直播以及科学人收到的与此次辩论相关的稿件进行了梳理，再一次，让一线科学家的理性与见解，引领我们的思考。
科学人线上沙龙直播现场。图片来源：科学人
作为人类认知的前沿，粒子物理想要回答的问题有两个：世界由是什么组成的？世界是如何运行的？
时至今日，人类在粒子物理学上所获得的知识被总结为标准模型。这是一个极为成功的模型，它以极高的精度描述了几乎所有粒子物理学实验中所观测到的现象。然而，标准模型并不是一个终极理论，它无法解释自身的理论疑难，也无法解释宇宙早期演化的一系列问题。
然而，和标准模型相关的未知之谜都和被称为“上帝粒子”的希格斯（Higgs）粒子紧密相关。一台可以精确研究希格斯粒子性质的实验设备将能够帮助我们深入理解希格斯粒子及其背后的物理规律，进而帮助我们揭示标准模型背后更加深邃的自然之谜。让众多科学家针锋相对的大型对撞机就是这样一台实验设备，它是探索上帝粒子背后未知的望远镜和航船 ，也可能决定着中国高能物理学界将来的发展方向 。
王连涛，芝加哥大学物理系副教授
韩涛，匹兹堡大学物理天文学教授
在韩涛、王连涛，以及一批工作在高能物理一线的科学家眼中，大型对撞机既是物理学基础研究迫切的需要，也是中国高能物理研究难得的机遇 。
李淼，中山大学天文与空间科学研究院院长
曹则贤，中国科学院物理所研究员
粒子物理同样也是曹则贤和李淼的兴趣所在，在某种程度上他们也并不能算是真正的“反撞派”。然而，在他们看来，由中国出资主持建造大型对撞机在当下并不合适。这反对声中包含的，不仅是对资金、能力等操作层面的疑虑，还有从理论上，对建造这样的大型对撞机是否真能实现理论物理研究的突破，真能提高中国科学地位的理性思考。
辩论一：大型对撞机的科学意义和前景
挺撞派：大型对撞机值得建，首先就是因为它具有重大的科学意义和前景。希格斯工厂的主要目标是深入研究希格斯粒子的性质，从而探索粒子物理中悬而未决的重大问题，包括质量起源问题、希格斯本身动力学问题等。这些都是粒子物理发展不可逾越的问题，而这也是欧洲大型强子对撞机LHC不足以完成的任务。
某些理论的预言得不到实验证实的看法和现在说的不是一件事。我们现在是从实验上看希格斯粒子的性质，这是很具体的公认的目标。希格斯粒子的研究精度更高的时候，很可能看到它和其他粒子的相互作用，在更精确的测量中找到超出标准模型的东西。
用麦克斯韦的错误理论和爱因斯坦的正确理论的发展过程为例，批评现在的错误理论太多，误导研究方向。这个例子的结论似乎恰恰相反：得到一个正确的理论，通常是有了诸多的错误尝试之后才找到正确的道路。这时候正是需要实验的指导。否定结果的实验不一定不重要，就像迈克尔逊－莫雷否定以太的实验，启发了爱因斯坦正确理论的建立。我们寻找超出标准模型的新物理，也可能就在这个关头。总之，我们从事基础科学的研究，是为了理解自然，回答自然界给我们提出的问题，而不是为了验证或排除某些特殊的理论猜想，如超对称后超絃理论。
反撞派：中国已经上马了很多大科学项目，包括FAST500米射电望远镜等，我们要看看中国人做大科学的时候，梦想和现实有多远。
从理论方面，超对称在70年代末有了一些模型，然而48年以来超弦理论一直没有实质性的进展。超弦理论忽悠一大批青少年开展研究，现在只留下一堆理论研究的论文，而没有任何实验。这是一个惨痛的教训。超弦理论即便是正确的，但在未来几个世纪也只能是个数学理论，而不是一个物理理论。
从历史经验来看，李氏定律：过去数十年，大型电子对撞机都没有新粒子的发现。都是质子对撞机，或者质子-反质子对撞机发现新粒子。如果我们造CEPC，只能验证标准模型，不可能发现新粒子和新物理。因此，超出标准模型外，可能是一片物理沙漠，前景看来是很暗淡的。
这种靠大型设备且做且看、指哪打哪的研究模式同样存在问题。近两年，国际层面大型设备上有一些令人啼笑皆非的顶级研究成果，有检讨的必要。象中微子超光速实验分明是由不懂物理导致的问题，却用由于某个插座造成的60纳秒延迟来搪塞，不严肃。2016年，在发表了500篇文章后，LHC所谓的750GeV 上的双光子信号却只是统计涨落。真不知道那500篇高水平文章在谈论什么。
同样，把电子邮件和万维网的发展归为高能物理的研究成果是值得商榷的。没有高能物理，运用电磁学技术传递信息的需求也一直在。也会发展起来。太阳能电池和尿不湿是航天项目的直接产出，那才是个大项目引导科学技术产出的好例子。
辩论二：中国有没有能力建设大型对撞机？
挺撞派：我们有能力建。
这些问题在30多年前就被问过，现在证明30年的发展这种顾虑是没有道理的。我们现在的成果证明我们有能力做出贡献，在国际上得到承认。不仅仅是学习，而且有很多创新。首先，我们有从无到有，从弱到强的成功的经验，我们已经进行过包括大亚湾中微子实验，北京正负电子对撞机等成功的大型项目。这些都是我们主导，作出了国际承认的成绩。正在建的江门中微子式样国产率达75%。北京正负电子对撞机的国产率打到了85%。 CEPC的预研也是中国来主导，预研设计目标95%国产化，目前设备设计指标都是世界一流，5年预研后用实际结果证明，我们可以实现这些目标。CEPC技术难度有很详细的论证，有很具体的方案，有信心可以做到这一点。也组织了国际论证得到了承认。我们有很强的学习能力和自主创新能力。其次，30年来，我们已经培养了八九百人的队伍，中国高能物理学家已经在国际上有重要的影响，在国内取得的重大成果（大亚湾中微子实验、PandaX暗物质探测等），都是由中国科学家主导。
国内的高能物理界已经有了很大的进展，我们已经积累了很多的实验经验，取得了举世瞻目的成绩，这是近30年来前所未有的，应该充分体会到我们目前的能力。国际合作和自己队伍的训练结合起来是很有意义的事情，进一步提高我们的层次。
反撞派：中国当前的水平不够。一是粒子物理研究水平不够，与国际上还存在差距。二是我国现在仪器工业水平薄弱，现在中国上档次的仪器基本都是依靠进口，不足以支撑这样的大型项目。在许多设备上确实有我们自己的探测器，并且做的很好。但是我们之所以自己做一些设备，是因为不得不自己做，且常常卡在核心部件上。此外，很多这样的设备只有一件，到底好到什么程度，外人无人得知。我们注意到，一些较低水平的设备，我国做的也不尽如人意，基本都是靠进口。仪器工业是要考高水平的基础物理、加工技术和工程师队伍支撑的，除了美国德国瑞士等国，很少有国家敢在这个方面夸口。很难相信我们国家在一些专用的、高水平的探测器上，做得有多么可靠和先进。
国际合作也不靠谱。我国在大型设施国际合作方面，如空间站和导航系统，是有惨痛经历的。不能相信什么国际合作。科学是科学，大科学就难免牵扯政治因素。我们有能力、有意愿开展国际合作，并不意味着就会有国际合作。国际合作是捷径，关键的地方必须靠自己。在花费上千亿建设的项目上，中国的科学家仅仅表现为具有很高的学习能力，是完全不够的。这样的项目，应该中国科学家具有主导地位的时候才是合适的。
中国把国际合作看得很重，确实需要小心，现在国际形势下，国家合作不容乐观。这在过去几十年，中国是在这种情况走过来的。
辩论三：大型对撞机能够促进中国科学家的工作，提高国际地位
挺撞派：CEPC的建造有可能在更高的程度验证标准模型，这可能给我们带来技术上的进步和荣耀。
过去的第一个超导对撞机在美国费米实验室Tevatron，发现了top 夸克，得到了很多重要物理结果。同时费米实验室作为一个科学中心，培养出来上千的博士生，训练了大学生，并为中学生做科学启蒙。现在的大型对撞机CERN的LHC，发现了希格斯粒子，得到了众多的物理结果。仅CMS一个实验就已经培养出来1750博士，对科学，工业，经济和社会贡献极大。有2250多名在职员工，27个成员及附属成员国家，为国际化的科学城做贡献，并共建世界和平！ 未来的大型对撞机希望实现我们的“中国梦”：中国的希格斯工厂（CEPC）。除了详细研究希格斯粒子，Z粒子的性质外，一定还有其他重要物理结果，领导国际高能物理研究20年。 此外，作为核心，组织全国各地大专院校的参与；培养一代我国的新的物理科技人才；吸引（上千）国际高科技人员，共同建设国际科技文化城，促进区域及全国工业的发展，社会进步。
再比如日本的Tristan 正负电子对撞机，没有发现新的物理。但是由于对第一个自建的机器的努力，和美国的合作从头学习环形对撞机，他们培养了一代人，造就了后来的中微子诺贝尔奖。这个投资，使得KEK自行建造了世界领先的B工厂，目前已成为世界一流，第三大的高能物理研究机构。
对于反方老师关于波尔所和LHC的例子，也有不同意见：这两个科研机构对物理科学的发展和贡献是会留在教科书和历史上的。这正是我们所景仰的和科学希望达到的目标。不应以哪国人干了什么工作来淡化丹麦和瑞士做出的历史贡献。追求诺奖也不应该作为科学研究的动机。
大型对撞机建设，可以创造对高新技术的需求，可以带动很多的发展。同时树立标杆，吸引大量海内外人才会聚中国。现在开始预研，在2022年左右建设，可以在国际竞争中抢到先手。日本的直线对撞机和我们的CEPC各有所长，美国主要投入中卫项目和大型强子对撞机上的研究。现在其他的地区暂时没有时间来进行，我们有十年宝贵的实践可以取得领先。
反撞派：以玻尔研究所为例， 玻尔研究所取得的伟大成就不会被理解为丹麦的科学成就。同样，瑞士也不会将LHC作为自己具有很高科学地位的证据。如果本国科学家不能主导其上的研究，不能作出归属明确的重要成果，建造大型对撞机对设施所在国的科学地位提升没有特别大的意义。当然，我们愿意光出钱并认为那上的科学成就就是我们的科学成就也可以。
中国对世界科学的贡献确实很少，但目前科学技术的发展已经十分发达，不是所有的国家都需要对世界科学发展做出贡献。中国想要对世界科学发展做出贡献，可以啊，我们能否严肃地有诚意地来做这件事情。先学会尊重科学，搞好自然科学教育，让中国能够产生足够多的有竞争力的科学家，这些都是当务之急。拿大量的钱投入不确定的大型科研项目，不是一个很好的主意。
目前我国已建有一批大型的科研设备，这些大型科学设备到底会有哪些产出和经验教训，还需要时间来证明。现在再进行投资需要谨慎。当今中国物理学家应该学着给后世留一个理论、一个公式什么的，而不是一堆烂尾工程。这才是我们愿意看到的中国科学家对世界科学贡献的方式。希望能够有更有效的资源分配体制，使得国内产生更多的一流科学家。
直播延期结束的时候，辩论还在继续。三个小时的“碰撞”留下的是意犹未尽的交流和遗憾。离开直播间之后，几位老师之间的讨论一直持续到了深夜。而整个过程当中，最令科学人感触的，是正反两方之间惺惺相惜的针锋相对，和谦谦君子的理性碰撞。
在直播开始前，科学人曾在公众号发起投票，向网友关于是否支持建造大型对撞机的意见。投票结果为：50%的网友支持建造，29%的网友反对建造，另21%的网友表示等待科普。
在直播后，科学人再次发起投票，投票结果为：73.80%的网友支持建造，23.46%的网友反对建造，3.46%的网友表示仍需要学习。
直播结束了，真正的辩论可能才刚刚开始。
（审阅：李淼、曹则贤、王连涛、韩涛、阮曼奇；编辑：明天；排版 :Sol_阳阳）
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