何小刚：评何祚庥院士对中国建设大型对撞机的意见

From: 何小刚知识分子 2019-12-18

►何小刚。来源：国立清华大学物理系

撰文 | 何小刚（上海交通大学、国家千人计划讲席教授，台湾大学特聘教授）

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《知识分子》2017年1月25日刊登了中国科学院理论物理所何祚庥院士对中国建设大型对撞机的意见。此长文分六大部分。本人仔细拜读了何院士的文章，并与许多同事和朋友进行了深入讨论，大家都深感失望。文中充满与事实相差甚远的描述和错误的主观臆断。一些同事和朋友鼓励本人对何院士的文章做一个述评。本人作为长期从事粒子物理研究和关心中国建设大型对撞机的研究人员，觉得确实应该让公众对相关物理部分有一个正确了解，将事实与臆测作必要的区分，以免误导。

何院士文章的第一与第二部分从为什么美国SSC被取消以及他对所谓“大沙漠”理论的介绍，对由科学院高能所所长王贻芳院士领导的在中国建造环形正负电子对撞机CEPC和强子对撞机SPPC的努力提出质疑。何院士认为，“对于SSC项目的决策，实为国家主持财政的人员认为这一项目并没有太大的科学价值，且花费大，将会影响国家的发展能力，因而最终抛弃。”不知这个结论是来自于何院士自己还是有文献或档案依据。据我的了解，虽然美国国会取消SSC的内情复杂，但主要原因包括当时的政府赤字且与国际空间站争夺经费、美国的两党政治斗争（克林顿接替布什执政）、德克萨斯与其它地区的区域竞争，还有管理不善、预算错误、国际合作不够等。具体依据请参考当时SSC的负责人之一、美国斯坦福大学教授S. Wojcicki的文章【1】及由历史档案学家、物理学家和记者合写的研究著作Tunnel Vision【2】。今天国际高能物理学界公认的是，SSC半途下马使美国的高能物理研究失去了发现希格斯粒子的机会，失去了国际高能物理的领导地位。这是一个错误的决定。克林顿总统在1998年的一次讲演中为此明确表示后悔【3】。

何院士的一个主要观点似乎是凡是美国政府不做的我们都不应该做。但是，正如王贻芳所长在《知识分子》上发表的回应杨振宁先生的批评文章中所指出的，“今天的中国已经干了很多美国人不干、或干不了的事，未来这样的事还会有。SSC失败，不代表我们就不能建造大型加速器”。计划中的CEPC能大量产生希格斯粒子并对其做精确研究，一些重要物理量的测量精度会比LHC提高10倍。因此无论LHC是否发现新物理，CEPC都是需要的，这是粒子物理发展中跳不过去的一步。

这种“美国一贯正确“的论点已经被历史反复证明是错误的和有害的。回到SSC下马的例子上。欧洲核子中心当时坚信高能对撞机的物理意义。他们并没有因为美国政府取消SSC停下前进的脚步，而是联合各国的物理学家，继续大型强子对撞机的建设。这个正确的决定带来了丰硕的成果，不仅导致了希格斯粒子的发现，也使欧洲在高能物理方向上成为世界的领袖。

何院士认为基于“大沙漠”理论，未来的加速器将不会有新发现。在此首先要澄清，“大沙漠”并非一个理论，而仅是一种猜测。从目前在10³ GeV左右还没有发现新粒子出发就推断能量一直高到10¹⁹ GeV（16个数量级！）都不会有新物理，这种猜测的可靠性可想而知！三十年前，“大沙漠”曾是一类特定的大统一理论（一般以SU（5）理论为代表）的预言。这在大统一理论出现早期被认为是合理的。但是到上世纪九十年代，这类大统一理论与质子的长寿命、e⁺e^-（编者注：正负电子）对撞实验的许多结果不符，简单的“大沙漠”假设不得不被放弃。目前的主流理论，包括超对称理论，认为应该存在10³ GeV量级的新粒子。这样统一理论能够自然实现，是解决大统一问题的较好方案。当然这些理论也是某种猜测，它们能否描述自然界，仍需要下一代的加速器实验来指出正确的方向。但以“大沙漠”理论作为出发点来说明新的加速器没有必要，实在是不能自圆其说。

何院士在其文章的第三部分得出结论：“将上述两个论述（即“SSC下马”和“大沙漠理论”）结合，只能认为，王贻芳所长提出的CEPC-SPPC方案，只不过是已经被美国国会完全抛弃的‘创新’”。这个结论与实际情况相差甚远。事实上，CEPC与SPPC的方案与SSC方案有本质不同。首先这里有一个正负电子对撞机作为第一步，这是SSC所没有的。而这第一步电子对撞机也不是中国独家，事实上还面临与日本的国际直线对撞机（ILC）和欧洲的未来环形对撞机（FCC）的竞争。在发现希格斯粒子前后，欧洲在2012年初提出建设环形正负电子对撞机（希格斯工厂）来研究希格斯粒子；王贻芳所长在2012年9月提出建设环形正负电子对撞机（CEPC）并在后期改建为质子对撞机（SPPC）的设想；欧洲在2012年底提出未来环形对撞机，包括电子部分（FCC-ee）与质子部分（FCC-hh）的设想。可见在这一波国际上关于高能物理未来发展的讨论中，我们中国科学家首先提出了将希格斯工厂与质子对撞机相结合的设想，是有创新性贡献的。即使是后期的质子部分与SSC与FCC_hh有相似的地方，技术方案也是完全不同的。目前高能所设想的是比FCC还要激进的全高温超导磁铁（特别是铁基超导）方案，以此来发展高温超导技术，带动一个全新的领域并对国民经济产生重大影响。这是一个极为创新的方案，绝不是一个别人“抛弃的方案”。

何院士在第四部分给大家上了一堂“边际效用递减规律”的经济学课。对没有涉猎相关领域的人们来讲应该说是有益的。何院士从希格斯粒子的发现与去年风行一时的750 GeV粒子的消失，作出高能对撞机在LHC能区，其“边际效用”已递减为零的结论。何院士说：“日内瓦中心的LHC对于高能物理的贡献是巨大的，它运转了20年，先后共发现了四个重要粒子——W^±、Z⁰、t夸克和希格斯粒子Higgs，而且几乎完满地证明了‘标准模型’的正确。现在只剩下一个小问题，即轻子数是否‘绝对’守恒问题尚未完全解决”。首先必须更正一下：W^±与Z⁰粒子是34年前在CERN的SppS上发现的；top quark是24年前在美国费米实验室发现的；LHC实验发现了希格斯粒子，迄今运行不到7年。这个例子极好地说明了，科学的重大发展是多少国度，多少代人的努力来实现的。其实LHC在发现希格斯粒子后有了新的开始，更多的数据将会提供新的方向。在此要特别提请读者注意，在人类科学发展史上已有多次，科学的框架看起来已似乎趋于完美，也就是何院士的“边际效用”已递减为零。但新的实验总是超出人们的想象力，出乎预料地打破这种“完美”。如经典力学与电磁学的建立，相对论与量子力学的诞生等。探索未知才是科学发展的真谛。CEPC可以让我们领略新的未开垦领域，也许是人类了解最基本自然规律超级“边际效应”的最好途径。

在过去几十年间，中国已在各个层次，包括科学研究，产业发展，工程施工等各方面都有长足的进步。高能所在按时、按预算执行国家大型科学计划等方面都有良好纪录。特别是最近刚刚获奖的北京正负电子对撞机重大改造工程和大亚湾中微子实验并无中央领导或特殊人物的具体参与。从BEPC建造到现在二十多年过去了。国家在执行大计划的规范更健全、建设团队能力也极大的增强的今天，为什么不能够按计划时间和计划经费与国际团队合作完成？何院士是否应该对中国团队的成长以及团队能力要有更多的信心，以此激励中国科学事业的蓬勃发展？

何院士在结尾的部分引用了与诺贝尔奖得主丁肇中教授的私人交谈。在讨论王所长关于CEPC的建议时，何院士引述了丁教授的话“干嘛弄这个？一点意思也没有。”人们无法知道是否确有其事，但去年《知识分子》和丁教授有过较正式的公开交流。在此特引用2016年10月22日《知识分子》推送的原文：

“2016年9月14日，知名华裔物理学家、诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授针对某中科院院士声称“丁肇中教授也对中国建设大型对撞机项目持保留意见”，向《知识分子》作出两点回复：

1）王贻芳所长是我亲自挑选出来特别有成就的科学家，在我的组里工作多年。他回国后，经常和我保持联系。

2）我从来不和任何人讨论与我实验无关的事情，我不可能和任何理论物理学家认真的讨论过某专家提到的这件事，这不是我一贯的处事方式。”

在《知识分子》刊登何院士的文章后，《科学春秋》又在2017年1月27日刊出了何院士给诺贝尔奖得主杨振宁先生的电子邮件和杨先生简短的回复（详见

http://mp.weixin.qq.com/s/TKlanCFI7eRD7XFMomt5yA）。何院士在邮件中指出现在的讨论其实集中在希格斯工厂上。既然如此，何院士在《知识分子》上的文章仍然以SPPC为主要目标就令人费解了。何院士在邮件中对CEPC的描述有很多错误。例如，何文说一个30公里的Z工厂造价极低，可以得到比CEPC多10⁶～10⁸倍的Z粒子。但实际上最多只有100倍，造价也不会低过2倍。中国高能物理学会对此方案及其它一些方案都有过讨论，从科学意义、国际竞争、技术进步与能力、造价等各方面综合分析，大家的结论是CEPC优先。何文还将CEPC和日本考虑建造的国际直线加速器ILC（注：何文中的英文缩写有误。SLAC是美国斯坦福直线加速器实验室的英文缩写）相对比，说CEPC的亮度（直接影响到产生希格斯粒子的数量）比ILC小一个数量级。而事实正相反！在希格斯工厂的能区，CEPC这样的环形对撞机比直线对撞机亮度高已经是公认的基本事实。在同样的能耗下，ILC能得到希格斯粒子数只是CEPC的五分之一，而价格却是CEPC的两倍。CEPC还同时可以作为Z工厂，而ILC不能。两者的性价比任何人都可以看得很清楚。

在给何院士的回复中，杨先生又一次提到了大型对撞机需要的钱是无底洞。在之前的辩论中，CEPC需要的钱已经由大量的事实和详实的数据进行过论证。 “无底洞”是一种没有任何根据的猜测。杨先生说CEPC不能解决引力量子化问题。但事实上CEPC甚至SPPC的科学目标从来就不是引力量子化问题。用这个来批评CEPC就像说发射火箭不能治疗癌症一样。

总的来说，本人认为何院士文章的出发点错误，很多论据与事实不符，由此得出的结论自然不可能正确。有关CEPC-SPPC计划的方方面面在前几个月的公开讨论中有详细的论述。在这里主要讨论何院士最近的文章而不可能面面俱到。值得欣慰的是，CEPC-SPPC的预研工作在国内国外蓬勃开展，吸引了众多的青年物理学工作者。科学的发展正在“长江后浪推前浪”。

注释：

【1】S. Wojcicki, Rev. of Acce. Sci. and Tech. Vol. 1 (2008) 259–302; Vol. 2 (2009) 265–301.

【2】M．Riordan, L. Hoddeson and A. Kolb, Tunnel Vision – The rise and fall of the Superconducting Super Collider, The University of Chicago Press，2015

【3】https://www.aip.org/fyi/1998/president-clinton-addresses-mit

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