采訪中科院王貽芳：關(guān)于歐洲粒子物理戰(zhàn)略的分析

近日，作為世界粒子物理中心，歐洲核子中心（CERN）理事會(huì)全票通過(guò)《歐洲粒子物理2020戰(zhàn)略》。

該戰(zhàn)略提出，基于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的“希格斯（Higgs）工廠”是“優(yōu)先級(jí)最高的未來(lái)對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目”，并期望建設(shè)能量盡可能高的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)。

目前，國(guó)際上“希格斯工廠”項(xiàng)目有3個(gè)——由中國(guó)物理學(xué)家在2012年9月提出的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)—超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（CEPC-SPPC）、日本正積極爭(zhēng)取的國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)（ILC），以及CERN規(guī)劃的未來(lái)環(huán)形對(duì)撞機(jī)（FCCee）。

歐洲粒子物理戰(zhàn)略的發(fā)布，將會(huì)對(duì)國(guó)際“希格斯工廠”建設(shè)的競(jìng)爭(zhēng)局面產(chǎn)生何種影響？

對(duì)此，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》專訪了中科院高能物理所所長(zhǎng)、中科院院士王貽芳，和中科院高能物理所研究員、CEPC加速器負(fù)責(zé)人高杰。

中科院高能物理所所長(zhǎng)、中科院院士王貽芳

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出，基于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的“希格斯工廠”是“優(yōu)先級(jí)最高的未來(lái)對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目”。這會(huì)對(duì)目前國(guó)際希格斯粒子研究的競(jìng)爭(zhēng)局面產(chǎn)生什么影響？

王貽芳：

歐洲是目前國(guó)際粒子物理最重要的一支力量，CERN確定的研究方向、目標(biāo)和路線圖，對(duì)整個(gè)國(guó)際粒子物理發(fā)展會(huì)有巨大影響。

不過(guò)，歐洲粒子物理戰(zhàn)略中的決定并不讓人吃驚。過(guò)去幾年里，大家已經(jīng)公認(rèn)希格斯粒子的研究是未來(lái)高能物理發(fā)展的最主要目標(biāo)。不令人吃驚是因?yàn)槲覀兛赡苁亲钤缰v這句話的人。

高杰：

顯然，研究物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和物質(zhì)之外的暗物質(zhì)等新物理的“希格斯工廠”，已經(jīng)成為國(guó)際高能物理領(lǐng)域所追求的共同目標(biāo)，是國(guó)際科學(xué)領(lǐng)域所要攀峰的珠穆朗瑪峰。

然而，中國(guó)、歐洲、日本的計(jì)劃之間既有合作又有競(jìng)爭(zhēng)，我們要對(duì)這一國(guó)際新形勢(shì)有清晰的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確的判斷和正確的應(yīng)對(duì)。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：在此競(jìng)爭(zhēng)局面中，中國(guó)的CEPC是否占有優(yōu)勢(shì)？

王貽芳：

三方各自都有一定的優(yōu)勢(shì)，我們很難說(shuō)我們一定能勝出。最終誰(shuí)能勝出，取決于各個(gè)國(guó)家對(duì)這件事情的支持，看誰(shuí)能在時(shí)間上走在前面。

我們的優(yōu)勢(shì)在于，跟歐洲比，我們走在前面；跟日本比，我們的性能更優(yōu)越，即使我們比它們建成得晚一點(diǎn)，也不會(huì)有太大問(wèn)題。當(dāng)然，要?jiǎng)俪?，前提條件是我們能在未來(lái)5年左右得到國(guó)家的支持。

高杰：

中國(guó)高能物理領(lǐng)域科學(xué)家自2012年9月提出CEPC以來(lái)，經(jīng)過(guò)不懈的努力，于2018年完成CEPC概念設(shè)計(jì)報(bào)告（CDR），并于2019年正式進(jìn)入技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告（TDR）階段，計(jì)劃于2022年底完成技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告，在“十四五”期間開(kāi)始建設(shè)，并在2030年左右投入實(shí)驗(yàn)。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：目前CEPC的立項(xiàng)進(jìn)展如何？

王貽芳：

還沒(méi)有明確的立項(xiàng)信號(hào)，目前我們還不知道什么時(shí)候可以立項(xiàng)。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：現(xiàn)在大概得到了多少經(jīng)費(fèi)支持？

王貽芳：現(xiàn)在的預(yù)研經(jīng)費(fèi)相對(duì)還可以，但當(dāng)然也不可能100%地滿足我們的要求。核心關(guān)鍵的工作都在開(kāi)展，都得到了經(jīng)費(fèi)支持。

經(jīng)費(fèi)主要來(lái)自中科院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委。因?yàn)镃EPC預(yù)研工作中有很多不同的關(guān)鍵問(wèn)題，這些問(wèn)題是可以分解的，分解了的問(wèn)題都各自從不同的渠道得到了經(jīng)費(fèi)支持。

所有的經(jīng)費(fèi)加起來(lái)，大概有3到4個(gè)億。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出要聚焦和發(fā)展幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括高場(chǎng)磁體、高溫超導(dǎo)體、等離子體尾場(chǎng)加速技術(shù)等，并認(rèn)為“這些技術(shù)也將對(duì)社會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)用價(jià)值”。

這些關(guān)鍵技術(shù)在中國(guó)“超級(jí)對(duì)撞機(jī)”項(xiàng)目中是否也有？

王貽芳：

歐洲粒子物理戰(zhàn)略規(guī)劃中提到的幾項(xiàng)最重要的技術(shù)，剛好就是我們已經(jīng)布置了的技術(shù)，比如高溫超導(dǎo)磁鐵和等離子體加速技術(shù)。

高溫超導(dǎo)磁鐵技術(shù)我們聚焦了好幾年，也得到了中科院的支持，特別是在鐵基高溫超導(dǎo)方面，我們走在國(guó)際前面，而歐洲目前還主要聚焦于低溫超導(dǎo)磁鐵。這幾年，在我們的推動(dòng)下，國(guó)際高能物理界開(kāi)始認(rèn)識(shí)到高溫超導(dǎo)是未來(lái)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的發(fā)展方向。

我們也在全力推動(dòng)等離子體加速技術(shù)，而且在CEPC設(shè)計(jì)中就有等離子體加速的相關(guān)設(shè)計(jì)。等離子體加速作為新的加速器技術(shù)，還面臨著很多短時(shí)間內(nèi)不能解決的問(wèn)題和困難，但是我們找到了新的路徑，通過(guò)把它和傳統(tǒng)加速器結(jié)合，充分用等離子體加速的特性和優(yōu)勢(shì)，克服一些技術(shù)困難，降低造價(jià)。

目前，等離子體加速的方案設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)國(guó)際評(píng)審，但關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證還需要幾年時(shí)間，以確認(rèn)工程的可行性。

因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)非常新，目前世界上還沒(méi)有人做過(guò)，所以等離子體加速還是CEPC的備選方案，萬(wàn)一不成功，我們還可以有完全依賴于傳統(tǒng)加速器的方案作為兜底。

高杰：

CEPC在技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告階段已經(jīng)取得重要關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研成果和技術(shù)瓶頸的突破。

例如，CEPC在650兆赫高功率速調(diào)管、650兆赫超導(dǎo)高頻加速腔、對(duì)撞環(huán)和增強(qiáng)器各種高精度磁鐵、真空盒系統(tǒng)、正電子源、高梯度直線加速管、束流測(cè)量快速電子學(xué)系統(tǒng)，以及先進(jìn)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面都取得了重要進(jìn)展。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出，要推動(dòng)全球參與的高能物理項(xiàng)目，包括CERN主持建設(shè)的和CERN參與、建設(shè)在歐洲之外的大型科學(xué)項(xiàng)目。

此外，CERN還提出，將積極協(xié)調(diào)歐洲國(guó)家參與這些項(xiàng)目，并提供技術(shù)支持。CERN的成員國(guó)將可以通過(guò)CERN，或直接通過(guò)雙邊/多邊協(xié)議對(duì)這些項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)。

這是否意味著歐洲正在逐漸失去“世界粒子物理中心”的地位？

王貽芳：

對(duì)國(guó)際合作的表述，是這個(gè)戰(zhàn)略中一個(gè)需要引起關(guān)注的地方。

但這并不意味著CERN在失去世界粒子物理中心的地位。到目前為止，CERN或歐洲仍然是世界粒子物理的中心，未來(lái)仍然可能會(huì)保持中心地位。之所以會(huì)有這樣的表述，是因?yàn)槲磥?lái)高能物理的項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越大，過(guò)去的方式顯然不是特別適合，這是由未來(lái)高能物理項(xiàng)目的規(guī)?；腿ブ行幕瘺Q定的。CERN也需要改變它們的章程。

這一次，CERN在戰(zhàn)略規(guī)劃中的新表述，一方面是表明它們對(duì)于其他國(guó)家參與CERN的項(xiàng)目，會(huì)有新的管理模式，另一方面也是表明它們會(huì)積極支持和協(xié)調(diào)歐洲國(guó)家參與國(guó)外開(kāi)展的國(guó)際項(xiàng)目。

原來(lái)CERN只做自己的事，從來(lái)不做別人的事，現(xiàn)在這個(gè)表述，實(shí)際上給它們未來(lái)參與中國(guó)的CEPC項(xiàng)目或日本的ILC項(xiàng)目開(kāi)了口子。這是原來(lái)從來(lái)沒(méi)有過(guò)的。