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大型环形对撞机:中国CEPC“对撞”欧洲FCC

2月14日18时,王贻芳院士登上了飞往美国华盛顿的航班。他是要参加美国科学促进会年会,并在大型科学研究设施的全球合作分会上,介绍中国科学家的观点。全球化不仅在经济领域,在科学研究上也很重要,特别是在大型科学研究设施上。

作为中科院高能物理所所长,王贻芳是大型环形正负电子对撞机(CEPC)的主要提出者和推动者。当国内还在质疑这样的大型环形对撞机在科学上是否必要、300亿元的预算是否太高、工程的技术方案是否可行时,欧洲核子研究中心(以下简称欧核)在春节前夕公布了他们的未来环形对撞机(FCC)的《概念设计报告》,计划投巨资分两步建设下一代的超级对撞机。

2012年,中国高能物理学家提出了CEPC计划。然而,计划甫一提出,就在科学界掀起轩然大波。支持者主张超级对撞机是中国高能物理学的一个重大历史机遇,一个能够领跑世界的机会;反对者认为建超级对撞机耗资巨大,性价比不高,在国家科研经费投入总体相对稳定的情况下,这样的工程将会挤占其它研究的份额。

去年11月14日,有上千名世界各国科学家参与的、用时6年的中国CEPC《概念设计报告》完成。

对比中欧方案,可以发现,欧核的FCC与中国的CEPC大同小异:都是周长100公里,都走先电子对撞后质子加速的技术路线。当然,两者的造价不一样,中国的全部费用约为欧核费用的一半左右。中国CEPC的一期工程计划2030年完成,二期工程计划2040年完成;而欧核的FCC一期工程计划在2040年前后完成,二期计划能在2050年代后期投入使用。前后相差基本都是10年。

王贻芳在接受科技日报记者独家专访时说,在工作模式上,欧核的FCC是从低能到高能逐渐增加,而中国的CEPC则可以做到高能低能随时切换。“我觉得CEPC的工作模式更好一些,可以根据不同的科学目标,灵活选择不同的工作模式。而FCC的工作模式却是固定的。”

王贻芳认为,到目前为止,我们还没有与其他国家和地区在最热门和关键的大科学装置上开展过直接竞争,我们更多地是在做填补空白和拾遗补缺的工作。“建设超级对撞机,对中国高能物理来说是一次重大机遇。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。”

此次公布的欧核方案进一步验证了中国方案的可行性。中国的CEPC计划在国际上首先提出了先电子对撞再过渡到质子对撞这一大型环形对撞机的方案。但这一路径当时并没有得到全球科学家,特别是欧核的认同。“2012年之前,高能物理学家都认为高能加速器未来的发展趋势是直线对撞机,我们提出建设环形对撞机以后,在欧核内部引发了激烈辩论,最后他们才决定把环形对撞机作为发展超级对撞机的参考。”王贻芳说,欧核最初选择的路径是质子对撞机,而不是作为第一步的电子对撞机。

经过5年多的研究,大家逐渐认识到,先电子后质子,无论从科学上还是从技术上,都是最可行的方案。欧核的FCC方案最终也选择了此路线。这从科学和技术两方面证明了中国CEPC设计方案的正确性。

规模大,投资高,但科学前景光明。建还是不建,这是分别摆在中国和欧盟面前的一道选择题。

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