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周华:中国大科学工程迎来“黄金十年”
关键字: 对撞机大科学工程中微子托卡马克上海光源欧洲大型强子对撞机
一项优质而成功的大科学工程应当是兼具前瞻性基础探索、应用性导向研究和创新性技术开发于一体的综合性重大科技项目 [9]。能集成的科技资源越密集, 能覆盖惠及的研究领域越广泛,能交叉/渗透/综合的学科方向越深入,这项大科学工程为塑造国家的科技核心竞争力,为建设新型工业化和创新型国家这个国家发展的战略优先所提供的助力就越显著和深远。十三五到十四五大科学工程的“黄金十年”,支撑国家战略优先是关键。在浮出和即将浮出水面的一批大科学装置中,引人关注而且能调动极广泛领域积极性的具有强大支撑能力的公共实验设施包括上海光源线站工程(上海),散裂中子源及实验站(广东),衍射极限环高能光源(北京)和X射线自由电子激光光源及实验站(上海/北京)。
这些装置包括加速器工程和后续分批的束线实验站建设(有时更昂贵)的确也需要庞大的资金支持,都要至少10亿以上,甚至充满技术挑战的衍射极限环高能光源由于设定了突破世界最小发散度的技术指标(可实现储存环式光源最高亮度),其加速器和旗舰束线实验站的建造资金很可能最终接近50亿。但这些开放的公共实验设施将服务极为广泛的物质和生命科学领域(诸如物理,化学,材料,先进制造,能源,环境,气候,地质,蛋白质工程和制药等等)的基础研究,应用基础研究和应用研究,对突破关键性技术难题,改善社会发展瓶颈性问题和催生战略性新兴产业都将产生极深远的影响(而且相对高效,虽然也很可能要10年以上的时间)。
巨大的实现成本虽然由中央财政来承担,但百花齐放的研究成果会让国家整体科技产业共同分享受益。从支撑国家战略优先的角度,这些多面向的公共实验大科学装置绝对是物有所值的,应当是未来十年中立项审批,启动建设和开展应用的重点。或者说这些项目才应是未来十年的主角。而为特定学科领域的前沿探索目标建设的专用研究设施,在2025年前应当保持适度和相对稳定的资金支持。落户于江门开平的中微子探测二期工程可说是此类型专用大装置中的翘楚(约20亿投资)[13]。它不像巨型对撞机那样耗费巨大, 能精准捕捉反应堆中微子振荡信号和转变过程,科学意义极为重大。但以国家大科学工程总投入的现有格局,这个量级的投入可能是在不对其他项目产生负面影响的情况下能提供的最优配置了。2025年前再为巨型对撞机这样的专用大装置投入至少三四百亿的资源显然是很困难的。
最后从操作实施的层面讲,高能物理研究所凭借其长期从事大科学工程的丰富经验和雄厚的专业技术队伍主导和参与了几乎大部分大科学工程,特别是像中子源,高能光源和中微子探测这样大投入大体量且正在进行的装置建设。如果巨型对撞机决策上马,无疑他们是实施建设的不二之选。但若很快的加上巨型对撞机的工程建设,各种工程摊子就会铺得很开,势必影响在建和进入调试使用阶段的其他大装置。像中子源和高能光源这样的面向广泛科学用户的公共实验设施,装置主体建设完成只是刚刚开始,重头戏在高水平束线实验站的建设上。直接决定了科研人员能多大程度上发挥大科学装置对解决复杂科学技术问题的突破性作用。因而巨型对撞机项目的启动也不应操之过急。
我并不赞同认为高能物理实验小众,烧钱和不实用的偏颇观点。任何一轮科技浪潮或工业革命,乃至文明中心的迁移都可能源于科学家对于宏观/微观自然中奥妙的本能好奇与探求的冲动。对于所谓小众和不实用探索领域的持续和稳定支持(很多时候只是小额的资助)是更可取的策略。但对撞机项目毕竟要耗费巨大的公共资源,就不只是高能物理学界的事了。其他领域的科学家甚至普通民众都有权利了解,评论和质疑这个项目的各种利弊。这可能是走向自主开放的中国大科学工程需要面对的新常态。巨型对撞机即使上马,也不会是中国大科学的终极。
然而就事论事,中国大科学工程未来十年的黄金发展,应当支撑国家发展战略全局,重点投入在能覆盖惠及领域极广的世界级多面向公共实验设施上,将中国整体的科研实力提升一个大层次。关于是否建造巨型对撞机的讨论应当在学术界继续,并在2020-2025年间因应那时的国际高能物理发展新态势重新展开国家层面的论证,从而可以做出更准确和有力的战略决策。也许未来一天巨型对撞机会领衔中国的大科学工程,但现在却时机未到。引用9月7日新华社的评论作为结语:建设创新型国家,要花钱的地方很多,有限经费投到哪里,要遵循科学理性和行之有效的决策程序。该出手时不犹豫,该坚守时不盲动 [14]。
参考引用和媒体报道:
1 http://m.newsmth.net/article/TheoPhys/35749?from=singlemessage&isappinstalled=0
2 http://www.guancha.cn/QiuChengTong/2016_09_01_373061_s.shtml
3 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyNDA2NTI4Mg==&mid=2655409536&idx=1&sn=5e710add1f951b13cbc7fd19bd5e554f&scene=1&srcid=0905n8Ng6j7yJxzXmHbbmUWC&pass_ticket=zYgRWLoFXjlPFghrkRBCCmz1dDLNDSQXEmhvQfGsoMPW2B7Ydn87fZHAMB0ti76g#rd
4 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/9/355455.shtm
5 http://www.guancha.cn/wangmengyuan/2016_09_06_373550.shtml
6 CEPC: Circular Electron Positron Collider (环形正负电子对撞机)
SPPC: Super Proton Proton Collider (超级质子对撞机)
目前欧洲大型强子对撞机(LHC)的周长是27公里,而中国高能物理科学家们提出建造的环形正负电子对撞机和在此基础上改造成的超级质子对撞机的周长很有可能确定为100公里。所以本文称之为巨型对撞机,以示区别。
7 http://www.chinanews.com/gn/2016/06-29/7920900.shtml
8 https://zh.wikipedia.org/wiki/中华人民共和国国家重大科技基础设施列表
9 http://scitech.people.com.cn/n/2015/0225/c1057-26591413.html
10 Elizabeth Gibney, “Hopes for revolutionary new LHC particle dashed”, Nature 536, 133 (2016) [doi:10.1038/nature.2016.20376]
11 Elizabeth Gibney, “China, Japan, CERN: Who will host the next LHC?”, Nature 536, 383 (2016) [doi:10.1038/nature.2016.20453]
12 https://en.wikipedia.org/wiki/International_Linear_Collider
13 http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/mar/24/china-to-build-a-huge-underground-neutrino-experiment
14 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/9/355791.shtm
- 原标题:海外学人建言巨型对撞机: 支撑黄金十年国家战略优先是关键 本文仅代表作者个人观点。
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- 责任编辑:孙武
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