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诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

发布时间:2017-10-03 20:20:01 来源:澎湃新闻 责任编辑:笙火

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2017年10月3日,瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖颁给了激光干涉引力波天文台(LIGO)团队的核心成员雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、巴里·巴里什(Barry Clark Barish)和基普·索恩(Kip Stephen Thorne)。事实上,自2016年2月11日LIGO宣布探测到引力波以来,其捧走诺奖已是众望所归。LIGO之所以错过2016年的诺奖,很可能只是时间窗上的问题。

2016年11月8日,巴里什接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)专访时就说道:“我觉得我们LIGO的成果从科学价值来讲绝对配拿诺奖。我当然没有什么资格对诺奖评委会说三道四。但从操作层面来说,提名确实到1月31号就截止了。”

诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

图中为2017年物理学诺奖得主巴里什

“我觉得我们LIGO的成果从科学价值来讲绝对配拿诺奖。”2016年11月8日,在中科院高能物理研究所接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)的专访时,LIGO核心成员巴里·巴里什(Barry Barish)充满自信地说道。?

在2016年的诺贝尔物理学奖颁奖中,此前大热的引力波探测团队未能获奖。对此,巴里什解释称主要是时间问题,“我当然没有什么资格对诺奖评委会说三道四。但从操作层面来说,提名确实到2016年1月31号就截止了。”?

现年80岁的美国实验物理学家巴里什,是激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory,以下简称LIGO)的元老级人物。他在1994年成为LIGO首席研究员,并于1997年至2005年间担任LIGO实验组负责人。今年2月11日,在爱因斯坦广义相对论提出百年之后,LIGO宣布成功探测到引力波这一“时空的涟漪”,震惊全球物理学界。?

诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

LIGO位于华盛顿Hanford的观测点。

不过这次巴里什来到中国,并非为了LIGO,而是为了另一项近期引发国内外学界广泛关注的大型实验装置:拟议中的中国“高能环形正负电子对撞机”(CEPC)。11月7日至8日,第二届“高能环形正负电子对撞机”国际顾问委员会年会在中科院高能所召开。来自世界各地的18名国际知名科学家应邀与会,了解中方对对撞机目前的构想,从各自领域提出建议。作为LIGO和国际直线对撞机(ILC)设计团队的前负责人、美国超导超级对撞机(SSC)的参与者,具有丰富科学工程经验的巴里什是国际顾问委员会的成员之一。 “他们还在里面开会呢”,当巴里什从会议室中途出来接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)的采访时,他指了指紧密的会议大门说道,“具体我们这些外国顾问给王贻芳(中科院高能物理研究所所长)提了什么建议,我只能说暂时不便公开”。但是,巴里什表示很乐意与澎湃新闻分享他个人的一些看法和经历。?

诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

美国实验物理学家巴里什是LIGO的元老级人物。图中最右为巴里什。

没有大装置,21世纪物理三大突破都难以实现?

巴里什向澎湃新闻举了3个例子,说明国际化的大型实验装置在当代物理研究中的重要地位。 “现在是2016年了,我个人认为,在过去的15年,即21世纪以来,物理学界取得的三项最重大的突破是:发现中微子振荡;发现希格斯玻色子;发现引力波。” 这三项成果最重要的相同点,就是它们都是由大型实验装置投入大量经费和时间后取得的。中微子振荡的发现背后是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站;希格斯玻色子的发现背后是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC);引力波的发现背后是LIGO。?

诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

日本超级神冈探测器

“中国必须认识到,这是现在科研出成果的正确途径:大装置、国际化、大投入、长时间。如果中国想成为科研强国,必须要回过头看看过去几年这些最重要的成果是如何取得的,学习这些成功的例子。”

诺奖不应忽视实验物理学家?

巴里什列举了三项成果,前两项已分别获得了2015年和2013年的诺贝尔物理学奖。而在10月4号诺贝尔物理学奖得主揭晓之前,LIGO团队一直是包括汤森路透在内的各大预测机构的最大热门。对于诺奖终未花落LIGO,外界有一种猜测是因为LIGO宣布发现引力波时已经错过了今年诺奖的提名截止时间,而另一种猜测是以希格斯玻色子的发现经过为例,认为诺贝尔奖评委会倾向于颁奖给理论工作者而非实验工作者。?

2012年7月,欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的两个独立项目组,超环面仪器(ATLAS)和紧凑缪子线圈(CMS)实验,经过多年努力,分别发现了希格斯玻色子(即“上帝粒子”),填补了标准模型所缺失的这最后一片拼图。但2013年,瑞典皇家科学院选择将当年的诺贝尔物理学奖颁给理论上预测希格斯玻色子存在的比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国理论物理学家彼得·希格斯。?

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欧洲核子中心的大型强子对撞机LHC

“可是这回他们总不能把奖颁给爱因斯坦吧”,巴里什笑道,“而且我个人觉得他们当时只颁奖给理论工作者是个错误。CERN花了很多年在上面,很不容易。当然,我觉得从技术角度来讲,我们LIGO做的工作比CERN更难。”?

80岁的巴里什一直投身于实验物理,他深刻明白大型实验装置的价值。这也是巴里什加入CEPC国际顾问委员会的主要原因。“我可以说,现在整个国际学界都非常热心,非常支持。中国这个项目比欧洲的大型强子对撞机能量更高,能更进一步研究希格斯玻色子。这对中国粒子物理和世界粒子物理的发展都非常重要。”

亲历美国超级对撞机破产始末:美国政府换届是主因

“我读过杨振宁的公开信,也读过王所长的回应。”当被问及是否了解中国物理学界关于大型对撞机项目的争议时,巴里什肯定地说道。?

今年9月,著名物理学家杨振宁在微信公众号《知识分子》上公开表态,“反对中国今天开始建造超大对撞机”,并罗列七条理由,王贻芳次日亦发表长文回应。而杨振宁列出的第一条理由就是美国建造大对撞机的痛苦经验: 1989年美国开始建造当时世界最大的超导超级对撞机(SSC),预算开始预估为30亿美元,后来数次增加,达到80亿美元,引起众多反对声音,以致1992 年国会痛苦地终止了此计划,白费了约30亿美元。这项经验使大家普遍认为造大对撞机是进无底洞。?

巴里什当时是SSC其中一个项目经理,亲历了它从上马到下马的全部故事。尽管已是20多年前的事,但当澎湃新闻问起SSC时,巴里什的语气仍然有些黯然:“失败当然不可能归因于一处。但是1992年的政府换届肯定是主因。”?

1992年,美国第41任总统老布什谋求连任失败,民主党总统候选人比尔·克林顿上台。新政府在削减财政开支方面做出了大刀阔斧的改革。当科研经费大幅缩水,美国面临在国际空间站和超导超级对撞机之间二选一的局面。 “其实超级对撞机当时在学界的呼声可能更高。但是在政界是国际空间站的呼声更高,毕竟当时已经和一些国家签了协议了。最后他们选择了国际空间站。”?

坊间对这个项目也有一些广为流传的笑话,把它形容为“美国政府花了几个亿挖了一个坑,又花了几个亿把坑填上”。 对此,巴里什无奈地表示:“虽然上届政府已经花了20亿,但换届等于翻过了一页。新一届国会不对他们当选之前的开支负责,他们叫停项目,最终花了5亿掩埋了设备。”

“当然,政治原因只是一个最大的借口。这不能掩盖SSC本身的问题。这个项目太脆弱了,缺乏强有力的领导,经费预算一直在上升,我们对外承诺过这个项目要实现50%国际化,这也增加了脆弱性。要是SSC本身没问题的话,政府可能会做出不一样的选择。”

诺奖得主巴里什:新世纪3大物理突破都靠大装置

美国超导超级对撞机(SSC)原址(2008年景观 )

国际合作能让中国大型对撞机从“非常非常困难”变成“非常困难”?

在巴里什看来,中国的大型对撞机项目如今也面临着太多考验。尽管SSC的国际化程度增加了它在美国国内的政治脆弱性,但国际合作对中国的大型对撞机项目来说非常重要。

王贻芳此前向澎湃新闻透露,CEPC项目的预研工作已经开展,预研工作对立项及正式动工建造扮演重要角色。对于大型对撞机建造中关键的技术,王贻芳说,超导高频加速腔、微波功率源、低温制冷机等都还未被国内所掌握,“通过预研工作,解决这些核心的关键问题,使得我们将来的设备国产化率达到90%以上。”?

巴里什也指出,中国现在非常需要相关领域的外国专家,尤其是欧洲核子研究中心的成员。“比方说,其中一个关键点是让机器在低温状态下运行。中国现在几乎没有能实现这点的低温学专家,但CERN有很多。”?

当然,巴里什也完全理解中方想要这个项目尽可能国产化的意愿:“按照计划,这基本上会是一个中国国产项目。所以中国要把握国产化和国际化的平衡,尽量利用这10%的国际合作获得国际专家的帮助。如果平衡把握得好的话,这项目能从‘非常非常困难’变成‘非常困难’”。?

有一些反对大型对撞机的学者认为,鉴于中国目前的粒子物理发展水平有限,即使中国成功建成大型对撞机,使用者可能大多数是欧美的科学家。

对此,巴里什说道:“这可以是个很重要的问题,但也可以根本不是个问题。CERN的团队里是来自世界各国的科学家,现在CERN最大的两个实验组,ATLAS和CMS,你很难说它们是德国的或者美国的。如果中国建成了大型对撞机,肯定会让一些外国学者出成果,但是完全不用担心功劳全被美国人抢走。CERN就不担心。我还是要强调中国要看看世界上这些成功的范式,中国想独立搞科研太难了。”?

中国从未对国际直线对撞机表达兴趣?

中国在国际科研合作方面一直进展缓慢。中国在十年前曾经想过加入LIGO项目,但因为种种原因,中国最终错过了这一物理学界的里程碑成果。2月17日,高能所所长王贻芳在《人民日报》发表署名文章《我们为什么错过引力波》,谈到中国在推进LIGO项目等国际合作项目方面的困难。国际合作项目目前只能从科技部与基金委申请,最多4000万元,国内与国际项目的总经费比例实际上不到9:1。?


在大型对撞机方面,国际上现在有一个拟议中的国际直线对撞机(ILC)大型合作项目。与大型强子对撞机(LHC)和中国计划中的大型对撞机的圆形设计相比,直线对撞机从理论上可以延伸到到任意长度,拥有可调整的能量级。日本目前最有可能成为该项目的落户地。

巴里什曾任国际直线对撞机全球设计团队的负责人。他介绍说:“我们在近三年前向日本政府提交了一份具体的实施方案——中国大型对撞机离出台具体实施方案还要很多年吧——日本政府还在从各方面详细审核,预计还要起码一年的时间。”

当被问及中国是否曾对国际直线对撞机表达兴趣时,巴里什给出了否定的回答:“从未。”

侯维铖 本文来源:澎湃新闻 责任编辑:侯维铖_NT4124

责任编辑: 笙火

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