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）理事會全票通過《歐洲粒子物理2020戰(zhàn)略》。

該戰(zhàn)略提出，基于正負(fù)電子對撞機的“希格斯（Higgs）工廠”是“優(yōu)先級最高的未來對撞機項目”，并期望建設(shè)能量盡可能高的質(zhì)子對撞機。

目前，國際上“希格斯工廠”項目有3個——由中國物理學(xué)家在2012年9月提出的環(huán)形正負(fù)電子對撞機—超級質(zhì)子對撞機（CEPC-SPPC）、日本正積極爭取的國際直線對撞機（ILC），以及CERN規(guī)劃的未來環(huán)形對撞機（FCCee）。

歐洲粒子物理戰(zhàn)略的發(fā)布，將會對國際“希格斯工廠”建設(shè)的競爭局面產(chǎn)生何種影響？

對此，《中國科學(xué)報》專訪了中科院高能物理所所長、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、中科院院士王貽芳

《中國科學(xué)報》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出，基于正負(fù)電子對撞機的“希格斯工廠”是“優(yōu)先級最高的未來對撞機項目”。這會對目前國際希格斯粒子研究的競爭局面產(chǎn)生什么影響？

王貽芳：

歐洲是目前國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，對整個國際粒子物理發(fā)展會有巨大影響。

不過，歐洲粒子物理戰(zhàn)略中的決定并不讓人吃驚。過去幾年里，大家已經(jīng)公認(rèn)希格斯粒子的研究是未來高能物理發(fā)展的最主要目標(biāo)。不令人吃驚是因為我們可能是最早講這句話的人。

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)成為國際高能物理領(lǐng)域所追求的共同目標(biāo)，是國際科學(xué)領(lǐng)域所要攀峰的珠穆朗瑪峰。

然而，中國、歐洲、日本的計劃之間既有合作又有競爭，我們要對這一國際新形勢有清晰的認(rèn)識，準(zhǔn)確的判斷和正確的應(yīng)對。

《中國科學(xué)報》：在此競爭局面中，中國的CEPC是否占有優(yōu)勢？

王貽芳：

三方各自都有一定的優(yōu)勢，我們很難說我們一定能勝出。最終誰能勝出，取決于各個國家對這件事情的支持，看誰能在時間上走在前面。

我們的優(yōu)勢在于，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，也不會有太大問題。當(dāng)然，要勝出，前提條件是我們能在未來5年左右得到國家的支持。

高杰：

中國高能物理領(lǐng)域科學(xué)家自2012年9月提出CEPC以來，經(jīng)過不懈的努力，于2018年完成CEPC概念設(shè)計報告（CDR），并于2019年正式進(jìn)入技術(shù)設(shè)計報告（TDR）階段，計劃于2022年底完成技術(shù)設(shè)計報告，在“十四五”期間開始建設(shè)，并在2030年左右投入實驗。

《中國科學(xué)報》：目前CEPC的立項進(jìn)展如何？

王貽芳：

還沒有明確的立項信號，目前我們還不知道什么時候可以立項。

《中國科學(xué)報》：現(xiàn)在大概得到了多少經(jīng)費支持？

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

經(jīng)費主要來自中科院、科技部、國家自然科學(xué)基金委。因為CEPC預(yù)研工作中有很多不同的關(guān)鍵問題，這些問題是可以分解的，分解了的問題都各自從不同的渠道得到了經(jīng)費支持。

所有的經(jīng)費加起來，大概有3到4個億。

《中國科學(xué)報》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出要聚焦和發(fā)展幾項關(guān)鍵技術(shù)，包括高場磁體、高溫超導(dǎo)體、等離子體尾場加速技術(shù)等，并認(rèn)為“這些技術(shù)也將對社會產(chǎn)生巨大的應(yīng)用價值”。

這些關(guān)鍵技術(shù)在中國“超級對撞機”項目中是否也有？

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，在我們的推動下，國際高能物理界開始認(rèn)識到高溫超導(dǎo)是未來質(zhì)子對撞機的發(fā)展方向。

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

目前，等離子體加速的方案設(shè)計已經(jīng)通過國際評審，但關(guān)鍵技術(shù)的驗證還需要幾年時間，以確認(rèn)工程的可行性。

因為這個技術(shù)非常新，目前世界上還沒有人做過，所以等離子體加速還是CEPC的備選方案，萬一不成功，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)計報告階段已經(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、對撞環(huán)和增強器各種高精度磁鐵、真空盒系統(tǒng)、正電子源、高梯度直線加速管、束流測量快速電子學(xué)系統(tǒng)，以及先進(jìn)超導(dǎo)實驗室建設(shè)等方面都取得了重要進(jìn)展。

《中國科學(xué)報》：歐洲粒子物理戰(zhàn)略提出，要推動全球參與的高能物理項目，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)項目。

此外，CERN還提出，將積極協(xié)調(diào)歐洲國家參與這些項目，并提供技術(shù)支持。CERN的成員國將可以通過CERN，或直接通過雙邊/多邊協(xié)議對這些項目做出貢獻(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：

對國際合作的表述，是這個戰(zhàn)略中一個需要引起關(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，未來仍然可能會保持中心地位。之所以會有這樣的表述，是因為未來高能物理的項目會越來越大，過去的方式顯然不是特別適合，這是由未來高能物理項目的規(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于其他國家參與CERN的項目，會有新的管理模式，另一方面也是表明它們會積極支持和協(xié)調(diào)歐洲國家參與國外開展的國際項目。

原來CERN只做自己的事，從來不做別人的事，現(xiàn)在這個表述，實際上給它們未來參與中國的CEPC項目或日本的ILC項目開了口子。這是原來從來沒有過的。