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环形正负电子对撞机CEPC--未来我国科技发展的机遇与挑战

发布时间: 2021/01/14
简介
大型环形正负电子计算机(CEPC)是高能物理所正在预研和争取国家立项的一项大科学工程计划。它是粒子物理领域前沿研究的重大实验装置,其目的是精确测量Higgs粒子的性质。被称为“上帝粒子”的Higgs粒子的发现,使其预言者获得了2013年诺贝尔奖。为尽可能精确了解Higgs粒子的性质和质量,进而发现新的物理规律,需要在大型对撞机上测量。欧洲已有的LHC(大型强子对撞机)虽然发现了Higgs粒子,但是还不足以对它进行更精确的测量和研究,所以国际上正在推进一些新的加速器计划。高能物理所提出的CEPC就是这样一个大科学工程计划,通过它将建成一个高能物理研究中心,积累科学技术和人才,到21世纪中叶成功占据这一领域的制高点。目前国内学术界对这一项目还有一些不同意见,本次沙龙对这一项目有关问题进行讨论。
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【主持人致辞】
 
姜焕清:举办学术沙龙是老科协的一项重要活动。去年春天我们举办了第一次学术沙龙。那时,中国散裂中子源即将完工,大家十分关注,我们的沙龙,请了陈和生院士作为主讲嘉宾,讨论如何更好地发挥散裂中子源的作用,取得了较好的效果。现在,我们所正在积极推进高能正负电子对撞机的项目(CEPC),这个项目关系到未来若干年中国高能物理的发展。为此,所里已经做了很多前期的研究工作。这个项目引起了社会上很大的关注,也有不同的声音。高能所的老同志对于这个项目也十分关心,所以我们举办这一期学术沙龙来讨论CEPC的有关问题。今天来参加沙龙的大多都是多年从事粒子物理和高能加速器研究工作的老专家。今天我们有幸请到王贻芳所长作为主讲嘉宾,王所长很忙,他能抽出时间来参加我们的沙龙并做主旨报告,是对我们老科协工作的极大支持。
现在我们欢迎王所长给我们做主旨报告。
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【主旨报告】
 
王贻芳:环形正负电子对撞机CEPC--未来我国科技发展的机遇与挑战
各位老师下午好!我给大家汇报这些年推动的环形正负电子对撞机项目,我认为它是我国未来科技发展一个重大的机遇,当然也是个挑战,这件事非常难。
为什么要做这件事?粒子物理在标准模型基本完备后,未来会向什么方向发展?我们是不是就此停滞了呢?做科学研究的工作人员知道,科学研究从来没有停在原地过,有些时候会遇到困难,会觉得无路可走,但是科学的领域不会停在那里。到目前为止,粒子物理发展就是两个可能性,一是寻找更小的粒子,还有一个方向是寻求更大的统一,有没有电弱和强相互统一,这就是统一理论等,所有未来发展的可能性我们不知道,只能看实验的依据。
首先要看标准模型都有哪些问题。标准模型不是一个终极理论,首先味对称性不知道哪来的,严格的对称是非常奇怪的,如果没有深层次的物理原因,很难想象有这么好的对称性。基本粒子的质量差了十的十三次方倍,这是很难想象的,它们是同一层次的东西居然质量差这么多。如果没有新物理的话,按照现在的理论,希格斯粒子的质量是两个大数的相减,这两个数必须精确到十的负三十四次方,所以一定有新物理出现在比较低的能量,才能使得最后的相减不是精确两个数的相差,这就是所谓自然性的问题。合理估计这两个数相差在百分之一到万分之一之间,所以我们认为在1到10TeV之间会有新物理。
真空不是稳定的,标准模型里面无法解释宇宙当中为什么没有反物质,实验表明,标准模型也无法描述中微子。这些问题很多与质量有关,未来的粒子物理发展窗口应该在CEPC的能区,我国高能物理研究的规划,粒子的标准模型,研究反物质、希格斯粒子等等,跟标准模型检验相关的精确测量就是所谓的高精度测量,在这方面有LHC、AMS、大亚湾、江门等等,CEPC都可以做直接的研究。国内外对CEPC这样的装置有高度的共识,2013年香山会议说CEPC是中国高能物理发展重要的选项和机遇,到2016年说这是未来发展的首选,2014年国际未来加速器委员会说支持环形正负电子对撞机的研究。国际未来加速器委员会是未来讨论大型加速器最主要的场所,成员是各个国家代表和国际上主要的大型高能加速器实验室的负责人。之前大家都认为未来的加速器是直线加速器。到了2014年7月,国际未来加速器委员会做出结论,鼓励环形正负电子对撞机研究,最终希望能够有质子对撞机。2016年亚洲加速器委员说,过去几年对大型环形正负电子对撞机兴趣一直增长,未来也会出现质子对撞机,鼓励中国领导这个方向,并期待技术的发展。
CEPC主要的框架和科学目标:第一步是90 - 250 GeV的正负电子对撞,首先是希格斯粒子工厂,能够产生100万事例,精确研究希格斯粒子的性质和质量,并寻找新物理的迹象。同时它也是个Z工厂,每年产生十的十一次方个Z粒子,约为过去LEP的1000至10000倍。未来有可能发展成为质子对撞机。这样的组合是精确测量和寻找新物理的机器,是寻找未知和确切产出的两件事的组合,这样的组合是设计新装置最理想的组合。因为有些时候设计一个新机器或者任何一个装置,我们既不希望所有的成果都是能够被预言的,也不希望所有的东西都是新的,所以设计一个新装置都希望有所组合,能够实现的组合是最好的未来装置。
具体而言,为什么说希格斯粒子这么重要?首先,希格斯粒子非常特殊,它是唯一一个自旋为零的基本粒子。朗道的超导势与希格斯场势完全一样,在朗道理论后,我们有BCS理论,提到超导是由“copper对”产生的,“copper对”是一个组合粒子,自旋量子数为零。最终希格斯粒子到底是自旋为零的基本粒子,还是两个粒子形成“copper对”呢?我们不知道,目前来看,所有的自旋为零的粒子都是非基本粒子,希格斯粒子是唯一参与非规范相互作用的基本粒子,希格斯自耦合不是规范相互力,它是唯一有新的非规范相互作用的粒子。在四种相互作用之外(电磁、弱、强和引力规范相互作用),希格斯粒子是唯一一个全新的不参与规范相互作用的粒子。希格斯粒子跟所有的新物理有关,也包括暗物质。我们知道暗物质只参与引力相互作用,希格斯粒子是我们确认的一定会跟暗物质发生作用的粒子,但是希格斯粒子自身的质量我们不知道,希格斯粒子给了所有其他粒子质量,但不知道自己的质量哪里来的。希格斯粒子的自耦合势也影响宇宙演化,宇宙的物质反物质不对称性与希格斯自耦合势是非常相关的,目前我们不知道势场形式是什么,需要我们精确测量来研究其自耦合,所以它可能解释宇宙中为什么没有反物质。希格斯粒子是粒子物理学中不可超越的必然一步,一定要有一个新的机器把希格斯粒子搞清楚。
为什么CEPC可以决定希格斯场的形式?目前我们还不清楚希格斯场是一阶场还是二阶场,但这对理解宇宙演化具有十分重要的意义,也可以解释为什么有物质反物质的不对称性。在CEPC上,如果这两个形式不一样,它会给出希格斯粒子自耦合场100%的差别,同时HZ耦合也可以有大于0.5%的偏差。CEPC可以做到大约20%到30%之间的精度,LHC可以做到50%,如果CEPC做到精度20%,100%的差别就是五个sigma,我们就可以观测到。对于HZ耦合,CEPC精度是0.2%。所以不管什么样的模型,CEPC基本上会覆盖所有的主要参数,可以基本定下来希格斯粒子自耦合的参数大小,确定到底是一阶还是二阶相变。
同时,CEPC可以检验标准模型,可以把电弱理论所有的参数做一个精确的描述,可以提高对电弱理论测试的精确度,提高十倍左右。
有人可能会问未来机器有很多,为什么要用这个呢? 比较CEPC和其他对撞机可以发现,从科学意义、可扩展性、技术成熟度、经济性、时间进度等方面讲,CEPC都是排名第一或第二。跟ILC对比,ILC的对撞能量不可拓展,技术上CEPC比ILC更容易一些,经济性造价会更便宜,时间进度两者差不多,所以从各方面说,CEPC是好于国际直线对撞机ILC。CEPC跟欧洲未来环形对撞机(FCC)方案是基本一样的,唯一的差别是FCC时间进度有疑问。而其他对撞机项目在技术成熟度和经济上都有很大的问题。新加速原理无论是在技术成熟度、经济性和时间进度上都还无法得到任何一颗星,要打一个问号。
国际上大概的态势是这样,今年3月份日本政府应该要给出国际直线对撞机确切的决定,但是他们没有,说仍然在继续努力,没有说建也没有说不建,国际上仍然认为下一个全球的机器是希格斯粒子工厂。ICFA说看到了国际上不同的希格斯粒子工厂的进展,世界上现在有四种方案:ILC 250GeV、 CLIC 380GeV、CEPC 250GeV、FCC-ee 250GeV,过去ICFA都说只支持ILC,其他的不考虑,现在把四个方案放在同一个水平上,这跟过去相比是一个巨大的不同
我们在2012年9月提出CEPC方案以后,经过这几年的努力,在2015年做了初步概念设计报告,2018年完成了正式概念设计报告,这里面有大量的国际评审,有三分之一国际参与度,对年轻人是很好的训练,总体上没有不可克服的困难,可以开始技术设计。
大概的方案是这样的:一个10 GeV的直线注入器注入到一个增强器,将能量提升到45或125GeV,注入到储存环,然后到最后的对撞,除此之外我们还留下空间给未来的质子对撞机,这就是为什么现在要讨论SppC,如果现在只顾电子对撞机,做完了以后也许20、30年以后发现这个隧道不能放一个质子对撞机,那时候会是麻烦事,现在必须把这个可能性考虑进去,不能说花了这么多的钱建了个隧道将来没有发展空间。我们的隧道是6米的直径,LHC是3.8米。
我们的基本参数是:100公里周长、30兆瓦的同步辐射功率,两个束流加起来是60兆瓦的功率损失,未来可以升级到50兆瓦也可以升级高亮度的Z或者350GeV的ttbar,目前的版本是最低水平的版本,计划是把未来可以升级的部分留给国际合作者去贡献,我们自己先把最低版本的机器造出来。参数细节不赘述了。
和直线加速器相比,第一我们有同步辐射应用,射线能量差不多到100个MeV,同时我们的亮度是国际直线对撞机的三倍左右,并有两个探测器,同样的造价我们可以得到6倍的希格斯粒子,还可以多有一个隧道,这就是为什么CEPC是比国际直线对撞机性价比更高的原因。
我们也做了土建的详细设计,土木与通用系统的建设。
我们也讨论了选址,选址是个新的园区,大约五千亩地,靠近所谓的一百公里地下的隧道,地面要有竖井,也要考虑地质条件,以及周围各种各样的环境和经济的配套,所以在全国各地也看了一些地区,全国看了将近十个省,到现在为止没有决定。
同时我们也开展了加速器探测器技术预研,从电子枪到正电子源到超导腔到速调管到磁铁等等。此外,我们安排的唯一一个跟SppC有关的预研是高温超导磁铁。高温超导磁铁具有重大的科学和实用的意义,对于未来是非常重要的。我们预研的目标是,第一,对于国内已经有的技术,我们希望它能够更上一层楼达到国际领先水平;第二,国内还没有能力的技术(比如说超导腔、低温制冷等),目前基本上靠进口,通过预研,首先实现国产化,其次通过预研的过程培育一批国际化企业,将来可以提供这些技术;第三,也要考虑一些变革性的技术,第一高温超导,这需要十到十五年的预研,希望能够提前十到十五年来做这件事的预研,第二是新型加速原理,新型的加速器远没有到可以实用的程度,但是我们找到了一个应用等离子体加速技术的方法,也就是说跟传统加速器结合,如果用纯粹的等离子体会有各种各样的问题,现在把它放在正中间,前面是传统加速器,后面也是传统加速器,我们利用其优势,可以降低加速器的造价,是传统和新加速器结合的产物,国际上中国第一个提出了这个想法和方案。最终的目标不仅仅是国产化,而是希望能够有一些关键技术真正走在国际前沿,真正在别人的前面,是人家来求我们,人家要跟我们交换,而不是现在所有的技术都学着人家的,我们希望有一些东西是完全走在前面的。
这里举两个例子:第一个是超导腔,目前国内几乎没有超导腔,国内唯一一套正在运行的就是BEPCII的超导腔,其他都是样机。上海自由电子激光有几百个腔要国产化,怎么做是个问题。结合上海的项目和CEPC的要求,我们从设计到技术都做了很多工作,第一,从加速器设计方案来说,我们的方案和欧洲FCC完全不同,FCC设计的是专用的超导腔,对希格斯粒子是一种腔,对Z是一种腔,对ttbar是一种腔,共有三种腔,运行的时候先装Z的腔再装希格斯粒子腔,所以运行模式是固定的。而CEPC不同,从低能到高能,我们可以随时切换,想高能就高能、想低能就低能,我们设计的腔要同时满足三种不同模式下的运行。操作的时候,可能会损失一点点量度,这也是为什么Z的亮度比CERN略低一些,但是我们设计了一个新的方案,用大晶粒超导腔,并提出一些极高指标的要求,这些指标将近是国际水平的两倍。ILC的脉冲腔现在基本上也就是30MV/m左右,目前国际上连续波最高也就是20MV/m,我们提出的连续波是42兆伏每米,到目前为止这个指标是国际上没有的。我们的方案正在做,能不能制作成功不知道,当然我们觉得有时间,两年、三年、五年都可以,但是做成了就是全新的超导腔,技术和方案上是完全和别人不同的超导腔模式和制作工艺。最近,我们也提出了全新的腔的处理方案,非常便宜,质量也会更高,很快会申请专利。其实,传统的完全采用国外技术的样机我们也做出来了,测试结果也基本上达到了CEPC设计指标,我们认为达到所谓的CEPC的设计目标是没有问题的,但是我们希望能够在技术上有全新的不同的方案和能够走到别人前面的技术。我们也在研究镀Nb3Sn和镀铁基腔,这后者国外是没有的。
第二个是速调管。我们从50年代就开始做速调管,但是到现在还是买进口的,我们希望能够把国产做起来,而且应用范围也非常广。目前国内水平和需求相比,寿命和功率基本差十倍,效率也相差很多。我们现在也在进行合作,准备按这个目标做速调管,做出来也是国际领先,第一只管目标达到效率60%,未来还有两种达到80%的方案。我们预期把60%的管先用在散裂中子源的二期上,先练一练我们的功率。
第三个是等离子体加速,目前国际上所有的等离子加速都在实验室阶段,我们提出的方案是直线注入器出口能量10 GeV先通过等离子加速提到45GeV或125GeV,然后再注入增强器,这样增强器就简单多了。现在的方案中增强器的加速能量范围太宽,相应的磁铁特别难做,受地磁场的影响,我们要的不是高场强度的磁铁,而是要做特别低场强度的磁铁,所以如果可以减低增强器的难度,甚至幻想做到120GeV时,增强器干脆就不要了,这样就可以省很多钱。目前我们也在和清华进行合作,到目前为止所有的模拟都表明方案是可行的,国际上影响非常大,我也征求了很多国际专家的意见,所有人都说看不出有什么问题,应该是可行的。很可能我们是世界上第一个把等离子体加速用在机器上的实例。
第四个是高温超导,大家知道高温超导应用有巨大的问题,就是太贵了,我们的目标是能够把电流密度提高十倍、价格下降十倍,所以性价比就是100倍,那么现在的超导也就可以用了。具体的办法是在2016年成立高温超导产学研合作组,把物理所、电工所、中科大、清华、上海超导等企业全部联合起来,把机理研究一直到最后的产品一条线全部打通,目标是发展出实用化超导材料,能够做出磁铁来,因为这里面做超导材料、超导线到超导电缆所有的企业都参与了,而且吸取了过去铜基导线落后的教训,我们希望从铁基这件事情上走到世界前列,从道理上铁基比铜基更有前途,因为各向同性,铁基是金属,铜基导线是陶瓷,陶瓷做电缆很麻烦,金属做电缆很容易,材料也便宜,所以希望做到国际领先。而且这个项目经过从2016年的努力,到了去年得到了院里的支持,院里看到这个项目觉得非常好,申请了2.6亿,院里给了我们3.6亿,历史上的先导项目,从来没有给的钱比要的钱还多的,而且我们也得到了一些结果,我们24T下的超导线圈,原理上是没有问题的。铁基材料在很高磁场下性能变化比较小,其他的材料到了很高磁场下性能大幅度下降,也就是说做不了高场磁铁。
整个时间上的路线图:我们希望在2020到2025年左右开工,建设八到十年,然后实验取数,将来可以做350GeV能量升级或者是质子对撞,在这个过程中会一直进行高温超导磁铁的研究。所以说,开建SPPC的时候必须有两个条件,第一是CEPC的物理成果,第二超导技术的成果,两者都同时满足才能做下一步。国际目前都是所谓Nb3Sn+HTS,五年前这是CERN的计划,但是他们努力到现在基本上已经放弃了,我们是国际上第一个提出用铁基高温超导来做全高温超高未来加速器,如果能够实现这个目标,导线的价格会远远低于100亿,目前磁铁的价格主要是导线的价格决定的,如果这个目标能够实现,整个机器的价钱可以控制在500亿以内(质子加速器)。
我们认为,我们的研究已经改变了高能物理的格局,也会带动相关技术的发展,我们认为推动这件事不会有任何损失。对于总的造价方面,国际上有各种各样的说法,我们做了两次,2015年初步概念报告设计时,100km是360亿,50km是255亿,到2018年概念设计报告时,我们得出结论是343亿。国际上说一般的加速器的投入产出比是1:3,所以这样一个机器的投入是有很大的利益的。我们投入360亿的话,大家都说我们占了人家的经费,但其实我们是将20年的钱集中在一个项目上,基础研究领域现在一年一千亿左右,全部领域都除上,我们也就是差不多二三十亿,就是我们这个领域自己的钱,我们只是用不同的方式来花这个钱而已,人家是把钱分布在各个课题上,我们是集中起来一起建一个装置。
跟国际高能物理的投入比较,美国现在是每年12亿美元,欧洲是每年15亿欧元,中国GDP是他们的二分之一,每年应该有40个亿,如果考虑研究经费相对低一些,三分之一差不多是13个亿,未来到2025年达到目标每年30亿不是问题,这是应该的,我们没有多花一分钱,没有占别的领域一分钱,这也是我们的合理需求。
CEPC我们认为它是一个重大的机遇,我们也有优势,首先是科学上、技术发展、地方的发展,河北、浙江、湖南省领导都来高能所要求我们落户他们,都是省长来的,我们也跟他们维持关系,最后到底去哪再说,一方面要看那个时候所谓的条件,也看国家的态度。时间窗口只有十年。因为今年1月份欧洲公布计划2030年开始建设,如果我们不抓紧努力的话时间窗口很快就没了。
中国现在有一个所谓中国发起国际大工程和计划,大家也知道一些背景,中国参加了ITER、TMT、LHC等国际大工程,总投资约50到100亿人民币,我们投出去这么多钱,总要收回一些嘛,我们项目计划有百分之二三十的国际贡献,也就是十亿美元,加起来每年几千万美元不是问题,所以国际合作不是很难的事情,而且现在有很多人愿意参与。ICFA主席,最近给中国政府领导写了一封信,意思是希望中国政府能够支持这个方面,ICFA支持所有的重点研究,也希望中国给予支持。
未来的管理方式是国际化的管理方案,有国际上各个国家的代表成为各个方面的负责人,这是经过国际CEPC顾问委员会讨论的未来国际化的管理方案,国内也有组织,细节不赘述了,有一百多人工作,未来会有几百、上千人工作,有人说中国没有队伍,我认为中国有队伍,等到我们开始干的时候很多人会参与进来。
谢谢大家!
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【讨论与交流】
 
姜焕清:刚刚王所长给我们介绍了CEPC,高能所已经做了大量的前期工作。我们这个沙龙平台是一个自由、平等、宽松的讨论平台,可能大家有很多的想法、很多的建议、很多的疑问,大家可以畅所欲言不受限制,进行讨论,针对报告有问题可以提、建议也可以提,有什么想法都可以提,下面是自由交流时间。
郑志鹏:CEPC估计的总造价是300亿,我们也算了算,按照人均来讲数目也还可以,不是一般想象的那样,这个统计在报纸上也看了。但是300多亿对一般人来说还是觉得很多,所以我们一定要把意义讲清楚。
现在社会上意见比较多的是希格斯粒子既然已经找到了,LHC也在研究希格斯粒子,CEPC只不过期望更多事例,那CEPC到底有什么突破性,大家希望有一些新发现得个诺奖,但是我们还是实事求是,我们研究哪些东西,有什么新发现咱们不能预言不能说大话,但是要使社会和领导特别是决策领导,能够知道它的意义,为此我们还要做很多的工作,包括一开始讲的粒子物理是研究什么的?标准模型对人类的贡献有多么重要,这个要反复讲。目前CEPC预研已经有了成果,老百姓更加关注高能物理了。
在辩论中有人以那里不会有新发现为由而反对,显然是没有根据的,是站不住脚的。反对人中有人从70年代就开始反对搞高能物理,但是70年代以后得到好几个诺奖,就说明了说高能物理没意义的提法是站不住脚的。而且80年代以后,我们BEPC出了这么多成果,要通过这个方面宣传自己、宣传高能物理。
宣传其应用是必要的,但是要做个新的,一下子要300多亿,一般人包括领导可能一时不能接受。如果说基础物理,也不止我们一个,等离子体也提出了,而且是跟能源有关的,他们搞的比较吸引人,所以我们与他们竞争有挑战性。
还有,国际上CERN和我们提的几乎一模一样的方案,当然我们是最早,考虑比较周到的,但是他们钱比我们多一倍,我们钱少可能是因为我们是自己制造的会比较便宜,但是基本的内容也是差不多。所以我们跟他们是有竞争的,这个因素要考虑,我们在国内和其他方面也是有竞争的,关键是我们怎么能够用更加通俗的语言来说明CEPC物理上的意义,对社会上的意义,包括已有的BEPC成果去反复的讲。
刚才提到的高温超导的事情比较遥远,从现在开始做起也可以,但是对CEPC还是显得远了一些,前面三个比较有说服力。
还有,我们现在不知道国家到底什么态度,对粒子物理研究会怎么样,是否支持,下面采取什么应对措施,我想听听这个,因为这个是最重要的,或者我们要采取什么办法去更好的说服国家,包括国家决策的领导。再一个,如果短年内得不到支持的话,我们也要两手准备,应考虑备选方案。国家是从宏观上考虑,总的经济收入情况、对基础学科支持的情况,包括国际上的影响。万一决策要拖延,我们还有什么别的考虑没有。
王贻芳:我刚才讲的,回答社会大众为什么要做的问题,能不能发现新的东西。目前我们在LHC上看到没有新物理,能级是1个TeV左右,我们通过直接寻找可以看到,通过间接寻找呢,LHC测量希格斯粒子大约是10%的水平,基本上也在一个TeV左右,CEPC精度是1%,极个别的地方接近千分之一。我们的精度提高十倍、能量也提高十倍,对于自然性的原则,1到10个TeV我们认为是有新物理的。为什么1%不是随机的,原因也在于此。我们认为到10个TeV新物理是应该有的,当然这并不是精确的推导,但是各方面迹象来看是应该有新物理的出现。
第二个问题是,目前国家对我们的支持,我们拿到两期973科技部、拿到一些基金委的钱,拿到一些北京市的钱,拿到科学院的培育,七七八八加起来对预研基本上有5亿左右的经费。我们曾经做过估算,我们需要8个亿,这里面有1到2亿是基建的设计、勘探,设计勘探可以从别的地方找钱,科技部反正也不会给我们。总的来说预研的钱差不多,至少未来三年问题不大。至于将来国家在建设方面到底会有什么考虑、会不会支持我们,我们觉得项目本身的申请走科技部的中国发起国际大科学工程和计划是最佳的途径。
国家把中国发起国际大工程计划这件事也落在科技部,科技部成立了专委会,徐冠华是组长、张杰是副组长,已经开了几次会。我们已经把规划交上去了,现在刚刚在交培育的项目建议书,三千字的初步建议,之后过了会有详细的项目建议书,应该说我们处在项目申请的最初阶段,他们委员会也在不断讨论这些事情,我估计大概需要一年左右的时间会有一个说法,国家对他们的要求到2020年开建一个项目、培育三到五个项目,或者开始培育三到五个项目,我们认为2020年我们不可能去开建,我们没有达到这个水平,我们也不追求,至少我们不想2020年开建,我们希望进入三到五个培育项目。
郑志鹏:我们说国际合作很重要,所有的对撞机都基于国际合作,CEPC目前的国际合作进展谈的多深?如果有了国际合作,可以争取到一笔经费,钱就不完全由我们出了。还有一方面,美国、欧洲、日本,他们在建造方面很有经验,我们可以通过他们来促进我们CEPC,这是至关重要的,所以国际合作是非常重要的。
姜焕清:现在中美关系这样,美国对中国科技的打压也非常大,很多合作都停止了,有些关键技术我们自己解决不了怎么办?
王贻芳:首先国际合作非常重要,我们自己做成的几个国际合作,包括BESIII、大亚湾、江门,目前国内真正拿到国外经费资助的实质性投入的就这几个项目。其他的项目基本上是来人,或者是国内出钱买了人家的东西人家来用你的数据,也声称是国际合作,但是设备一分钱没有掏,人家还有权要你的数据。我们的项目是真正拿到国外钱的,至少到目前为止同一个模式:我先干你再来。日本现在说我们一起干。日本为什么搞了20多年没有搞成呢,就是因为一起干,人家说我凭什么给你钱呢,日本人说你不给我钱我怎么干呢,这事扯皮了十年。所以我们的方案是我们先干,而且是干了最小的版本,30兆瓦,欧洲是50兆瓦,所有的升级可能性都留下,我不掏钱。我们在360亿的规划里面,规划300到330亿中国出,30到60亿是外国掏,升级大约有100亿左右,由国外掏,全部加起来国外贡献占到30%。这是目前安排的计划。原则上过去三个实验都这么做的也都成功了。我跟国外谈了很多基本上每个国家都谈过,他们也认可这个方式,因为对他们的基金机构来说,他们要决定怎么给你钱也是很难的,这个项目不往前走又不可能。例如,LHC 80%是欧洲投的钱,欧洲说美国人来不来跟我无关,你来不来我都干,所以欧洲人LHC就往前走了,不会因为少一个螺丝钉机器就不转了,没有这个底气最后肯定是搞不成的。这是第一点,国际合作。
第二点你的担心,会不会美国人、欧洲人不来,都会有可能。第一还是我们自身的实力,我们水平比他们高了,他发现不来他们就亏了,他们就乖乖来了。首先要保证没有他们,我们基本的版本也可以做,要有这个底气,你来了我欢迎,你不来我也照做,你来了我给你一些升级的机会,他们自然会来。第一,我们自己有能力做这个低版本,第二,自己的技术超过了他,他不来他会亏了。如果技术不如他,你一定做不成,技术比他好,他一定来。我们追求的目标是在一些关键技术上,比如在超导腔、速调管、等离子体方面超过他,其他的方面谈不上。磁铁等等其他的方面也比较小,水平大家可能都一样。但是这三样大不一样,超导腔达到指标比他们高一倍,他一定会来求我们的。
郑志鹏:准备什么时候超导腔我们可以超越国外的水平,有没有什么计划,有没有团队来做这件事?
王贻芳:超导腔已经忙活了一阵子,至少有三年的时间了。我们现在关心这个腔的处理方式是国际上独一无二的,从来没有过的。我们腔已经做好了,现在在测试,如果测试的好就公布这个方案。公布后他们一定会来学,因为这个方案比他们现在用的方案便宜和简单得多。我们现在不敢肯定这个指标比他们更高,理论上判断应该是高的,但是没有测试,不管怎么样这是全新的方案。现在用的大晶粒已经在做,已经做了几个腔,今年年底会看到结果。所以今年11月份开CEPC Workshop的时候,这两件事会有初步的结果。现在大家关心的是技术,还没有到批量生产能不能达到水平的问题,所以只要有一个腔做到这个水平,这个技术就突破了,全新的技术就出来了。SLAC做的LCLSII没有达到指标,有很多问题,细节不在这评论。只要我们下定决心,技术好,就没有问题,目前我们约20人的团队在做这件事。我们过去没有机会做世界领先的东西,因为定的目标就不先进。例如BEPCII,起步时就与国际上有差距,即使做得再好也是有差距。现在我们把目标定为世界先进,即使没有达到指标,也是世界先进的。
郑志鹏:你刚才提到的速调管的例子我是同意的。在上世纪90年代,速调管是从SLAC买的,后来我们想自己做,但是怎么也没他们的好,如果通过这个真正解决了,我想是一个很大的进步。例如雷达就很重要,很多包括民用和国防的领域都需要这个,真正下了决心就可以了。
王贻芳:现在80%的效率是世界上没有的,CERN也说要做80%的,三年了没有成功。我们希望能够成为第一个把80%效率样管做出来的国家。电子所正在非常认真的做速调管,我们与他们合作,但是他们的指标差了十倍,所以电子所必须提高十倍水平才行。
金铎:咱们的超导腔是否已经做到世界上最好的水平了?
张闯:目前我们已经是很先进了。
张长春:CEPC项目非常重要。高能所工作50余年,我深有感受。老一代物理学家(赵忠尧,张文裕,谢家麟,何泽慧等)50年代回国引进的云室、核乳胶探测技术,从无到有,创建了粒子物理实验室,培养了一代实验研究人员。1978年公派与1982年受邀,我赴西德汉堡DESY加速器中心,参加丁肇中先生领导的Mark-J正负电子对撞实验。西方发达国家,已使用毫微秒(10-9秒)级的芯片电路、快电子学触发与读出系统,计算机实时控制与数据获取,大型计算机中心,离线分析与处理高统计事例数据;国内是微秒级(10-6秒)半导体电路、慢电子学技术,我们滞后30余年。
1988年,邓小平批准建造的北京正负电子对撞机竣工。30余年后的今天,中国高能加速器、粒子物理研究水平及其实验技术,在5.6 GeV能区,已达到世界先进水平。新一代的高能加速器与粒子物理实验研究团队,涌现一批潜心钻研、关注前沿、富有经验的骨干研究团队。北京谱仪实验发现了多个新粒子、新现象。2012年,大亚湾反应堆中微子实验,世界首次发现第三种中微子振荡模式,打开了中微子物理的新观察窗口。多个国际大型中微子实验,随之调整物理目标。目前,中国科学院先导专项、建造中的江门中微子实验(JUNO),同国际同行,展开了中微子质量顺序测量的激烈竞争。我们热切期待JUNO中微子实验的成功。
国家高新科技发展的水平与质量,急需大幅度的提升。CEPC项目的实施,能为国家高新科技发展、作出巨大贡献。自CEPC预研起、至设计、建造与运行的数十年内,将有力推动国内高能加速器与探测器新技术的研发,如高频腔、速调管、传感器与超导,以及云计算、神经网络识别与智能化数据分析等各项前沿性高新科技,由被动引进、转主动创新;培养大批优秀高科技研发人才,输送国家级研究机构与创新型国内大型企业。
因江门中微子探测器的需求,高能物理所同北方夜视、西安光机所合作,研发20英寸新型微通道板光电倍增管(MCP-PMT),是个典型的成功例证。起初,没一项主要参数达标,如今,主要参数达到与超过国际水平。以前是中国买日本滨松的传统PMT,现在是日本买中国的新型PMT,发生了逆转。高科技,从无到有的攀登,需有长期计划与持续投入,包括经费、人力、技术,以及强化管理。这里,富有挑战性的大型科学装置与国际前沿重大科学实验研究项目(如CEPC及其未来的SPPC)的预研、设计与建造,具有不可低估的驱动性作用。我们有理由期盼:CEPC研发与建造,沿着新型PMT的研发之路,成为国家大型科学装置和高新前沿科技发展的成功项目之一。
无论美国还是西欧,高能物理中心大型科学项目,都是国家高新科技发展的重要基地。SSC项目下马后,美国大批高能物理实验培养的人才,转向传感器、探测技术的应用领域(如医疗,智能机械),欧美近代先进的网络通信、医用器械、食品辐照灭菌与安全监测等设备的研发与普及,受益于高能物理实验技术与人才的积累与输送。
上一世纪,国内仅几个顶尖眼科专家,能实施致盲性白内障的眼科手术。如今,借助引进的智能超声乳化系统,经培训的大批医生,能成功实施该项治疗手术,国内成千上万白内障病患的幸福感大幅提升。近年,为诊断老年性黄斑变性眼病,国家又引进了发达国家新研发的相干光成像技术与检测设备。
西方强国的崛起,靠的是基础理论创新驱动的科学技术发展,以及高新科技引领建立的强盛制造业。新中国成立70年,现已步入强起来的阶段。大科学研究中心CEPC项目,无论是立足基础科学发展的机遇,还是高科技领先地位的竞争,都是世纪难遇的极佳选项。
国家进入了新时代,条件已具备,时机已显现。我们深信,中国大科学装置及其前沿研究(包括CEPC正负电子对撞机工程),新一代的研究团队,将肩负重担、挑战未来,完成“中华民族对人类社会文明做出更大贡献”的历史使命。
桂文庄:我完全是外行,最近也关心了一下这方面的争论,社会上也很关心,最近杨振宁先生在清华的一次讲话中,他说现在高能物理“盛宴已过”,好像这方面研究没有前途了。我认为杨先生所提的问题最关键是两个,一条是高能物理这个方向花这么钱,到底将来能够有多少重大的科学突破、有什么前途?这是一个疑问,杨先生认为是不行了。第二是经费,可能会挤占别人的经费,把一些花钱更少更有前途的项目扶持起来不是更好嘛。这两个问题,您今天都做了回答。我觉得这两个问题恰恰无论是社会还是将来国家领导做决策的时候最关心的问题,应该让社会上的公众能够接受、获得支持,也要领导理解,恐怕还需要做很多工作。现在引力波宣传得很厉害,黑洞、暗物质、暗能量,社会上听不明白的也知道一些,像我这样我完全是一个外行好象也还能够理解一些,觉得这个事情还是挺有意思的。航天探月花钱也够多了,但是也觉得很感兴趣。我们要花这么多钱,最重要的一点是希格斯粒子的精确测量,这个问题到底重要到什么程度呢?对社会公众而言,你讲的完全不懂,不知道希格斯粒子是什么呀,完全不明白呀。所以怎么样能够说的更清楚一些,我们这件事确确实实对带动中国在未来这个领域里头的科学发展能够做出一些重大的科学发现,对人类的一些非常重要的贡献,这个问题是非常重要的。今天您讲了一些,我的感觉还不过瘾,对我这些外行而言还是觉得听着觉得太远了,这件事怎么能够进一步的科普,把它能够说的更明白一些,这件事蛮重要的。
经费的方面,您也有一个数据证明现在高能物理的花费是正常的。但我还有个问题就是,现在搞高能物理的这些人难道光搞这一件事吗?现在高能物理多大队伍,在国家基础研究经费中占多大的比例,如果高能物理就是六分之一,把它全拿来搞这个,这件事说服人的时候感觉还是没有把问题说清楚。我听完了觉得这件事非常非常重要,对科学院、对中国科学的发展也是一个非常重大的决策性的问题。因为360亿投下去也并不是小事。经费的问题更大的是说服科学界各个领域各个行业的问题,钱都投给了你们,我们就少了,现在的说法还不能非常有力的说明这件事,希望能够说得更清楚一些。
我是头一次来高能所听到这样的报告,也学到了很多东西。我感觉事情很重要,投资又很大,需要更好地进行一些科学普及、更好把我们的想法以及理由向社会向老百姓、向领导们说的更清楚一些。
王贻芳:对比国际上现在主要的大的装置,LHC 55亿欧元、美国至少十亿美元以上,中国基本上在十分之一左右,目前国内基础科学研究最大的项目,最多20亿人民币。总体上看,我们的规模就是在国际十分之一的水平上。十分之一的水平要想在国际科学上领先这是不可能的,总是要到投上百亿的科学项目,投哪个大家可以商量,但是说百亿的不投,只能投几十亿的,我们的科学就永远不可能走在国际的前列。随便举几个国际上几十亿美元的项目多了去了,总体来看,确实对我们而言是个机会。国内所有的所谓大科学项目,国际领先性不够,装置规模也小,在现在经济规模情况下,大家应该要改变观念,说是可以投上百亿的项目,但是是不是这个最好可以另外的讨论。国际上所谓大的科学项目也是无外乎航天天文的像AMS和地下的加速器地下实验等等。引力波当然很重要,但是科学上说,已经发现了,所以现在要讨论的在科学上什么事情是最重要的。大家听了半天都知道暗物质重要,觉得可以投钱,但是从科学上说,我觉得暗物质这件事含有巨大的不确定性,现在所有探索暗物质的方案在科学上成功的几率非常小,暗物质这种实验可以投,但是它的规模应该在几亿,因为其风险太大了,最多也就十亿。相对来说,更加有确定收益的项目可以大幅度投资,大型加速器总体上是有的,就是因为其不确定性相对要小一些,同时技术范围非常广。加速器一般会有二三十门类以上,其他的项目技术也就是一两个。包括暗物质、引力波、天文望远镜,一般覆盖的范围比较小、比较窄,加速器范围比较宽广,受益的工业界比较多,相对来说是投入产出比比较好的项目。这也是为什么国际上加速器每个国家都有,但其他的装置不是每个国家都有。
科学目标我也同意高能物理说起来跟天文比要难得多,因为天文说往天上看就好了,大家都满意。我们往小了看,其实也是一样,但是大家觉得得说一个什么东西出来。我觉得这是领域的差别,我们无法把未来可能的发现说的那么清楚,而且基本粒子的理论说到底确实跟其他的理论相比更加远离人们的感觉,解释起来比较困难,但是也不能乱说,所以就有这个困难所在。一方面希望大家能够懂,但是也不能乱说,说多了别人说我乱说,所以比喻有些时候并不好打,确实有这个问题。但是从科学的重要性来说,你理解一个全新的时空远比在天上发现一个新的星星更加重要,因为这是全新的领域。回过头再说引力波,引力波当然很重要,证明了爱因斯坦是正确的,但是没有新的知识。如果能够看到希格斯粒子之外的东西,这是一个全新的层次,它的重要性相当于从过去的原子到原子核的层次,一个全新的层次、一个全新的世界。如果看到了新的物理,一开始说标准模型是这样的,标准模型以外我们认为有更深的层次,但是目前没有看到,看到任何新东西都是新层次的东西,重要性来说是革命性的,远远超过刚才您举的那些例子(笑)。无论是暗物质还是大家现在说的这些事情,我认为都是远远被超越的。
金铎:在座高能所的同志对这个问题理解比较深刻,能明白其中的奥妙,但我觉得您所说的新的物理,可能要把这个问题用比较大众能够明白的语言要讲透,因为主要的反对意见认为“盛宴已过”,这种说法是不是等于说就是没有新物理了,是否可以这样理解?
王贻芳:可以。
金铎:所以,主张搞的人说有新物理而且非常重要,这两种意见是针锋相对的。反对的意见可能在社会大众中间的影响非常大,在领导人中也是影响很大的,我们要非常有说服力的说明有什么新物理,可能有什么新物理,这个意义大到什么程度,这样大家就比较更能够被说服。这需要进行更大的努力。我是衷心拥护的,王所长最早有一次也问过我的意见,我说我非常支持高能物理学家、粒子物理学家自己来决定中国高能物理研究下一步应该举什么旗,而且这个旗举的有国际意义,那时候没敢说要引领,但是真正能够引领确实是我们的理想。但是我们要认真的讲出道理,希望能够进一步做工作。我建议在同行中间尽可能多的组织这样的研讨会,一批一批的来扩大受众的范围。以前张杰最初主张搞散裂中子源的时候也组织了很多学术研讨会,以至于最后大家都觉得散裂中子源必须要搞,原先不懂的人也理解了很需要。相信科学的人、相信科学家的人毕竟还是多的。
经费方面,我很同意刚刚说的,不必主要关注跟其他领域比较该花多少钱,重点就讲自己的意义、必要性、先进性,来确定经费的合理性。我非常同意要有百亿量级的装置,现在上海搞的射线已经达到了百亿的量级,而且立足的根据是造出来的是世界上最好的。跟你说的一样,真正要做世界上领先的、技术最高的、水平最高的先进的大型装置的时候,算一算也确实就得要百亿量级,只要有充分的理由还是可以说服人的。不要因为怕多占经费而把要做的装置压到最低量级,最低量级是不是科学目标上会打折扣了。
王贻芳:现在报告的所谓科学目标就是按照所谓的最低的版本来做的,不受影响的,它能够达到的精度是按这个算的,能够高的话更好。
桂文庄:科学院应该做这样的事,国家投资几百亿在以前看起来是非常非常困难的,但是现在我国的经济情况允许,如果再看二三十年以后,我们再不能够投几百亿的大科学装置的话就不是中国了,我们应该有这样的魄力和能力来做。我完全不认为投资360亿是个过分的要求,但是我的感觉怎么样能够把这件事能够说的更加清楚一些,当然高能物理有其特殊的困难,一说到微观的标准模型确实老百姓也听不懂,但是如果不能让大多数人理解到你这个方面确确实实对物理发展重要的话,得到大家的理解和支持就可能会有问题。不光是老百姓,从国家领导人最终做决策的时候要能够理解这一点,也还是需要做大量的科普工作,用各种各样宣传形式把我们的工作说的更加深入浅出一些,让大家都觉得这个非常重要,对物理学发展将来是很重要的手段,有可能会出现重大的发现,这种发现比发现了脉冲星或者黑洞更加的重要。所以,我觉得科普工作或者是能够更加让社会理解科学意义的方式,是非常重要的。
另外,经费的问题绝对不要强调我们没花别人的钱(笑),没有这个必要性,因为国家科技经费在增长,拿出这点钱做这件事并不是什么问题,别的经费也会要增长,不光是我们,现在各个领域都在增长,我们的增长也是必然的,如果就是站在这种说法上,不是特别能够说服人,第二人家也会有意见。
李建国:速调管的问题,速调管用于通讯、雷达、微波目前的水平是80千瓦,目标是800千瓦,80千瓦是指的连续功率吗?
王贻芳:是的。
李建国:我认为通过建造大型对撞机能推动我国微波高频大功率源和微波通讯事业的发展是不切实际的。据我所知,目前所有大型加速器上用的高频功率源都是利用以前的技术为加速器生产的。中国缺乏这方面的技术和能力,也不可能投入更多的人力进行研制。因为只有加速器上使用,大功率速调管在电视广播和通讯中基本接近被淘汰,在雷达等国防科技中也是一样。因此要建大型对撞机用大功率高频源都是买欧美和日本等西方国家的产品。现在我国建的几台加速器就是这样。在建造BEPC的时候,由于西方国家对我国禁运高频微波器件,我们调动了国家的有关方面的全部力量,研制生产了BEPC的高频功率系统,填补了国家空白,解决了当时的燃眉之急,还得了电子部的一等奖。仅次而已。后来只有科技大学的光源还在用(不知现在是否还用)。 外国放开对我国的出口以后,研制的努力和结果完全失去了意义。
目前我国几台加速器光源,包括BEPCII,都用的是欧美或日本的高频大功率器件。我认为即使即将建造的怀柔光源,也不可能例外。因为加速器用的高频功率源,只适用于加速器。这些器件的进口价格也越来越高。BEPC直线加速器用的S波段脉冲大功率微波源是国内4404厂生产的,三十多年了还没达到国外的水平。 
我觉得,如果要摆脱对国外器件的依赖,应当建立我们自己的加速器高频功率源基地。 随着国力的增强,科研的投入也越来越大,我国建造的各种加速器也会越来越多。我不知,我们有没有必要成立加速器用高频功率源的研制机构。像广播电视,通信,雷达那样,跟踪先进技术,研制新型高频功率源。原来和我们所合作的北京广播器材厂总工阮倜同志在法国巴黎研制的高频大功率固态源给我们作出了榜样。
王贻芳:第一,我承认现在雷达上在很大程度上都逐渐转到固态的功率源,但是真空管还是有相当多的用途,无论是电子所还是14所,他们所谓的产量能力是很高的,仍然大量的供给部队,细节我不懂,但是仍然在大量的生产速调管供给军方。第二,数字是电子所和14所他们告诉我,他们现在的水平就是这样的,连续波,脉冲的比这个高,连续波就是80千瓦,再高做不到了,所以800千瓦连续波对他们来说就是很难。我们在开始组织做研究的时候,两个单位也找了,这是国内唯二两个做速调管的单位,他们都认为这件事非常难,差了十倍的差距。最后我们14所退出了,我们留下了昆山国立和电子所。你说的没错,它的应用也需要拓展,昆山愿意自己投钱来做这件事,一开始就没想到4404合作,这是搞了几十年是没有希望的,启动了昆山,国内很多人去看,最后下决心跟他合作,他自己也愿意投钱,因为看到了未来民用拓展的余地,掌握了高功率微波技术,他有很多的想法,细节不敢说对错,但是至少他自己愿意投钱,愿意掌握这个技术,我们跟电子所三家单位合作。他举的最简单的例子,他说现在国内每年5%到10%的粮食发霉,需要烘干就用微波炉,所以功率只要一大,他的应用范围有巨大的拓展,军用微波定向武器当然不行,但是如果提高一百倍的功率试试看,所以说,功率指标提高了完全不一样了,不管怎样这个技术的提高,第一有需求,新的指标、新的能力提高会有需求,而且我们提供技术、研究的具体工厂厂房也是自己搭建的,企业愿意投,这是专业的真空器件的厂家,我觉得很有前途,没问题。
郑志鹏:还有一个人才问题,现在有建造大型对撞机经验的人才大多是国外的,国内很少,我想这个方面在你的报告中也要重点讲讲,包括现在的加速器队伍,加速器有哪些关键技术,我们是否能真正掌握,包括国外封锁怎么办,有很多技术我们也准备做,但是哪些是已经有了,哪些是继续要跟国外学习,并且要努力要做,这个要搞清楚,这说明了我国有能力有钱,我们一定要搞出来,这个很重要。
王贻芳:我们觉得从技术上有一点难度的需要做预研的基本上都在这,普通的磁铁早晚的事,剩下的最核心的是高效速调管、超导腔,高温超导。其他的早晚的事,静电分离器、电子枪,真空管,这些都相对容易,所以没有其他的所谓不可克服的困难。我们最大的技术上最难的点,是超导腔、速调管、高温磁铁,而且在最难的事情有自己的想法,起步不是完全照抄国际,我们也不想花太大的精力,能创新的就是这几个地方,所以主要精力花在这个上面。东西还没造出来,我没法证明,但是高能所过去有很好的记录,这也是为什么要通过培育来证明我真的可以,今年年底超导腔跟速调管可以初步的证明,至少先做60%的。
郑志鹏:预研究阶段完成这个更加可以说服国家的有关部门。
王贻芳:对,到了预研全部做完,这是科技部给了钱的,我们都到了预研结束的时候可以证明我这是可以做的。
张闯:刚才说的非常重要,我们是要说清楚意义有多大,我说一下我自己的体会。大家都知道高能所提出要做大型正负电子对撞机,全社会都在关心我们,这是个好事,争论也很激烈。他们也会问,作为高能所的一员,你是什么态度、觉得这个方案怎么样?我觉得今天的会非常好,大家把这些问题可以敞开,来解答我们心中的问题。在所外,人家也找我们辩论,最主要的问题是性价比不高,大家都承认大对撞机有意义,但是花这么多钱,性价比不高。我们要让人家知道我们的科学意义很重大,性价比很高,这件事要讲清楚。王贻芳的报告讲的非常好,但是还是没有能完全说服我们,至少外面去拿你的话无法说服人家,所以这件事我们是需要琢磨的。到底性价比体现在什么地方一定要讲清楚,不然公众也就无法说服,包括中微子能讲的清楚,为什么对撞机中的粒子物理讲不清楚,人家引力波的故事讲得非常好。向公众讲好对撞机的故事,是有一定难度的,但是今天讲的确实不够强调,就说性价比高在什么地方没讲清楚,而且也要去向国家主管部门讲,到底有什么科学意义让公众能听明白,这是核心问题,因为在座很多人也有同样的经历。
谢一冈:确实是最近好几个人问我“party is over”,这是 40年前杨振宁对我国不应建高能加速器看法。这个事情,我的同事,北大核物理1957毕业班的同学陆埮(后天体方面院士)从核物理转成了天体和罗辽复从核物理转成生物物理就是看到了杨振宁文章中的这句话。杨的说法对当时很有影响。所以这是非常老的40多年前就已经提出的问题。刚才几位说的很清楚,从BEPC建立的过程也有人一直反对,但是几年后出了这么多成果,而且被国外的战略方面的理论家、实验家都很承认,在国际上才能平起平坐。这一条足以说明这句话至少是片面的。
第二点,王所长的报告总的来说非常精彩,从各个方面阐述了比较深入的问题,包括高能物理是要解决物质本质和时空关系,围绕人类2000多年的问题,是人类一直希望认识的。现在虽然已经得到较为明确的标准模型,但超出标准模型的事情还需要更多的探索,王所长引述了一些CEPC建造过程可带动许多重要创新技术,如超导、高频、快电子学等。当然不能只从经济效益看,更重要的是后三十年的大国博弈,欧美都有自己的布局,日本若是建成了直线对撞ILC,中国会怎样?
第三点,最近人代会特别提到了基础研究的重要性,作为一个专题专门开人大,这是少有的,应该是中央更加重视,我觉得这是机遇,现在机遇是极为重要的。 
第四点,关于基础理论问题。今年五月十九日高能所开放日的时候有一个搞政策性的人买了我们今年出版的一本科普书;《从夸克到宇宙-无限的科学探索》。我们老中青结合写了这本书希望起到承上启下的作用,约400页。建议他看书中最后引述的丁肇中的一个金字塔图。金字塔解释了基础理论和应用方面的关系。我说你是国家政策研究室人员可以看一看。他买了这本书并表示要对这个金字塔仔细地研究研究。从各方面的的前沿科技,如航天、通信、芯片、氢弹、新军事武器装备等等,它们都在这金字塔的顶端。丁肇中说基础理论靠边站了,并且在金字塔底层,可是创新的核心说到底离不开基础理论。这就是丁肇中的感悟。这也是现在公众很关心的问题,但是更应该提高国民认识,通过各阶层做科普提高国民素质,例如把这个金字塔讲讲,进行多样的通俗性的解释是迫切需要的。
最后说一个很可怜的事。我在1995年同几位高能所、北大、清华、科大的同事在美国80公里环的超级超导对撞机基地SSC工作过几个月。有个体会,SSC无论是在选址方面和公众的关系方面,即同他们上层的参议院和科技群众的关系上缺少共识,最后失败了,当时已经开了24多公里的地道环,而且预研实验也进行了,很可怜刚好就在1995年克林顿上台的时候就给砍掉了,SSC定在老布什的老家,一切从零开始的,这都是错误。因为美国这件事非常突然,一表决就完蛋了,所有500位科学家,大量的都转到欧洲去了,当时是1995年的事。所以CEPC在选址等问题上要特别谨慎。中国现在是一个极好的时机,也是很大的机遇,领导也很重视。再有我有一个感想,人家问我建设CEPC要多少钱,我反过来要问一个问题,中国建了多座大桥不知道花了多少亿?他们说每一座花几百亿或千亿,比如杭州-上海或者是青岛胶州湾、港珠澳大桥等等,有巨大的经济社会效益。建航母也是类似的,这些都是战略的,上月球、火星也是!CEPC 只有一个,还是在地面上,也许还可以结合此项目建设综合研究和应用的中心。最后,当然弄来弄去是钱的问题!
作为八十多岁的老一辈,起到一些承上启下的作用。但是思路狭窄,提不出任何好的建议了,谢谢! 
郑志鹏:建议把科普工作搞好,有些年轻人论文写的很好,讲的故事能够把为什么希格斯粒子已经发现,然而现在要接着做的理由讲清楚,把故事讲的深入浅出一些,大家能够明白,就可以了。
唐鄂生:现在的思路是搞高能物理很重要,要做高能物理就需要高能加速器,实际上这个钱都花在加速器上了,如果要撞起来就要搞加速器,要把几百公里的隧道弄出来。是否能有一种思路,我们搞一个新的加速器,我印象中过去做的自由电子激光,就是激光和电子束碰撞,把电子束能量传递给激光变成电子激光,现在可以不可以激光和电子束对撞,把能量传递给电子束,这样加速器的造价可能会降低。
高启荣:我有个问题,在研究制造高能加速器的过程中,包括制造过程中各个阶段、各个项目除了要解决基础问题之外,作为工作人员能不能够多花点脑筋,研究一下基础解决之后,能够在工业和其他方面,具体方面究竟有些什么应用,我觉得这个方面我们做的不够,包括高能所的开发工作也存在这些问题,要具体化有哪些应用。综合高能所的工作,对于国民经济、怎么应用,高能所应该抓住。
张长春:CEPC正负电子对撞的质心能量250 GeV(GeV=109 eV),未来升级版SPPC超导质子对撞的质心能量125-150 TeV(TeV=103 GeV)。对撞能量越高,可探索空间尺度的量级越小,可能存在的新现象、深层的微观物理规律,正有待未来科学实验的探索。
上世纪50年代,初宇宙线能谱在4 PeV(PeV=106 GeV)附近,观察到膝形隆起的奇异分布。1972年,原子能所云南高山站磁云室实验,选择0.01-1PeV(1013-1015eV)超高能广延簇射事例,观察到一个可能的重质量(大于10GeV/c2)荷电粒子事例。丁肇中先生领导的AMS实验,已获得高统计的初级宇宙线正、负电子与反质子能谱。2019年,这项研究为初级宇宙线正、负电子的不同来源,提供了高显著性(5倍标准偏差)的实验证据;此外,测知反质子与正电子能谱具有类似的能谱特征,考虑反质子模型不能由脉冲星产生,因此,预期:2028年AMS将给出“正电子超出是否源于暗物质”的高显著性结果。
来自浩瀚宇宙空间的初级宇宙线粒子,原子核(含质子)和电子携带PeV(TeV)量级能量表明,宇宙深处存在:超高能粒子产生过程,即粒子的超高能加速机制。天体粒子物理实验,是探索天体粒子物理新奇现象的有力手段,但是,深层粒子物理现象的最终确认及其物理规律的精确测定,需要人工产生的超高能粒子源、及其相互作用末态粒子属性的实验研究。
统一描述粒子电磁力、弱力与强力相互作用的标准模型,始于上世纪40-50年代量子电动力学的成功与局限性研究,延续至1964年希格斯波色子预言的发表。标准模型开拓性新概念的提出,都离不开高能粒子物理实验的启示与验证。
美国高能物理SSC(20TeV质子对撞机)项目下马,经费问题是主要因素。欧洲核子研究中心(CERN)接棒,获得了世纪性机会:建成LHC(7 TeV质子对撞机);2013年,LHC的两个实验ATLAS与CMS同时发现了希格斯波色子(Higgs粒子),为标准模型的疑惑(粒子获得质量的物理机制)验证做出了重大贡献。
经典牛顿力学创立于十六世纪八十年代。现代物理学,包括麦克斯韦电磁场理论,爱因斯坦狭义(广义)相对论与量子力学,创立于十八世纪六十年代至十九世纪三十年代。现代科学发展史展示:奠定现代物理学基础理论的创立,起始于西方发达国家新型工业的兴起,社会生产力的发展与实验技术的进步是其一;年轻创立者拥有强的新思维、摆脱旧概念的束缚,创新人才的涌现是其二。标准模型的巨大成功,不意味着微观粒子物理认识的终结。无论宏观、还是微观世界,人类的认识永无止境。
1954年,杨振宁先生(时年32岁,与R.L.Mills合作)提出的Yang-Mill理论,在标准模型的发展与完善过程中取得巨大成功,令人敬重。科学发现史,是一部年轻顶尖人才的创新史。长江水后浪推前浪、滚滚向东流。Yang-Mill理论,以及希格斯(时年35岁)玻色子假设的创建与成功,都是明证。
大、小宇宙未知领域中,实验观察到的各种奇异现象(暗物质、暗能量、正反物质的不对称性,以及希格斯粒子属性),获得实验验证之前,标准模型难以、也不会被接受为一个终极理论。其他新理论,如超对称性、超弦理论等,至今为止,仍属猜想与假设,均未获得肯定的实验证据。凡是理论假设或学说处于疑惑不解的时期,正是实验家施展才智、获得发现的最佳时机。
建议:重视与提高CEPC项目的科普力度。
1)高能所每年一次开放日活动,主要介绍高能物理所的发展史、专业知识和研究课题。2020年起,增设CEPC项目的科普报告,主要面向中、小学生及其家长。
2)CEPC项目的研发团队,依需求、撰写两份科普报告(并择机宣讲):一份面向部、省、市等各级领导,另一份面向相关大学与研究机构。对于听众不同的关注与问题,分别作有针对性的回复,及有说服力的解释。
3)高能所官方(或中科院老科协)网页,开辟CEPC项目专栏,登载上述两份科普报告的内容要点。同时,收集与分类“专栏浏览者的问题与意见”,开展适度、适时的交流与沟通,适当扩展CEPC项目的科普范围。该网页建成后,其地址,可在“知识分子”公众号上公布,以扩大CEPC科普受众范围。
陈江川:我听了报告后,很清楚的事情是比如说对工业中国制造2025会有贡献,关键的问题是首先人类发展要靠科学和实验,物理本身就是实验的科学,高能物理是对高精度高能量这样的领域,现在整个粒子物理有很多东西大家并不清楚,比如说质量不知道怎么来,还有轻子它们质量差这么大,但是都是点粒子,到底他们里面有没有结构,我们需要不需要下一步探讨,将来人类可以预言,下一代实验一定是高能量、高精度的实验,高能物理逃避不了,无论中国做不做,世界上都会有国家去做。现在中国有这个机会,抓住了这个机会,走到世界顶尖由中国来做,这是一代人的使命,中国人不做外国人也会做,要从这个角度考虑是很大的方面。
姜焕清:大家讨论很多话要说,因为时间很紧张了,我们以后再预告一次,今年的下半年到10月底的时候,老科协还有一个高端的学术沙龙,委托高能所负责承办这件事,其中还有未来三十年科学院大科学装置的布局,大家感兴趣可以来参与,今天没说完的话在那里还可以继续说。
金铎:补充一点,我对项目里边提到的几个技术举的例子我是非常赞成的,比如选铁基超导做高温超导材料,我觉得非常好。我有个具体建议,能不能随着你们预研的进行,其间产生的技术成果能够先于大装置的建成尽早对社会产生影响。我们建设大科学装置,不仅仅是产出先进的科学装置,以及一大批技术和科学成果,而是从预研究的过程起,就已经能够对社会和产业技术产生相当重要的影响。这一点以前关注得不够。比如高能所对我国的网络技术发展起到了最关键带头的作用,到现在社会上了解这一点的人还不多。这应该宣传,应该重视。这跟刚才建议的多组织一些研讨和科普活动能够在科学方面得到更多的专家和更多社会方面的认同也有同等重要的作用。