声明:本文内容是引用网络资料结合个人观点进行撰写,文末已标注参考信息来源,请知悉。
不少科学家认为,美国超级对撞机烂尾那天,是美国科学史上最黑暗的一天,最关键的是,它的失败还牵连了不少国家,其中就有中国,这是怎么回事?
从上世纪80年代开始,美国就在研究如何制造一台超级对撞机,在经过美国能源部的批准后,美国科学家就开始研究对撞机技术实现的可行性。
到了1984年,基本上定了三种不同技术的方案,次年成立了设计组,选定了合适的工地地址后,正式展开对撞机的技术研发。
对撞机的原理是把两束质子加速到和光速差不多的速度,产生极高的能量并发生碰撞,科学家则利用碰撞过程中产生的新粒子和粒子碎片来观察。
设计对撞机的目的主要是找到相互作用点的新粒子,从而解开暗物质的本质。因为此前对于很多粒子物理学家而言,暗物质是粒子,但没有确凿的证据证明这种猜想。
所以很多人认为,对撞机的出现就是为了研究和创造新的暗物质。
只有这样,人类才能充分了解宇宙爆炸后的物理环境,以及宇宙和暗物质之间的关系和交流的方法。
同时,科学家们在这个过程中也能去否定或者验证一些理论,譬如弦理论、标准模型等,对于物理界而言是非常重要的。
超级对撞机简称SSC,它不是人们想象中的一台圆形机器,也不是两台机器相对,释放出能量纠缠碰撞,而是像隧道那样非常长。
整个环形加速器的周长是87公里,建立在地下70米处的位置,预算更是高达44亿美元。
在隧道中,对撞机犹如一条沉睡中的巨龙,其间还有17个竖井通向地面。
从它的外形来看,它就是一个圆形回旋加速器,粒子在其中进行加速,在对撞机工作的过程中,拨开坚硬的外壳,露出里面的真实面目。
当时在研究方案时,科学家们就被这个步骤困了很久,粒子毕竟不是普通的花生或瓜子,原子重量太小,一般的工具对付它没有用,最好的办法是模仿磁场加速粒子,让粒子之间碰撞,再发现里面的新粒子。
只是以人类现有的技术来看,要真正实现这个设想并不简单。
即便是在物理和宇宙层面早就展开研究和探索的美国,想要实现也并不容易。
但实际上,最早研发出粒子对撞机的是前苏联,1949年就已经问世,当时的能量最高可达到480MeV,被称为世上能量最高对撞机,已经算是开天辟地的成就。
美国也是因为看到了前苏联的成绩,更加深了研发对撞机的决心。
其实最本质的目的是为了在军事领域中战胜前苏联。
在1950年至1957年期间,美苏两国争先研发更先进的对撞机,试图提高运动的能量,让自己国家领先全球。
直到苏联分裂后,美国便成了全球唯一有能力研发对撞机的国家之一。
不过,在美国到处攻城略地的时候,欧洲却弯道超车,在1959年成功建成了24GeV能量的质子同步加速器,与此同时,1983年,有两位欧洲科学家发现了正负Z玻色子和W玻色子。
正因为欧洲的后来居上,才让美国产生了新的危机感,加快了研发对撞机的速度,也就是研发超导超级加速器计划的原因。
当初美国为了完成这项工程,并没有强撑着自己从头研发到尾,而是寻找一些经济实力强劲的国家共同参与这项计划。
于是在美国能源部部长的邀请下,日本、英国、加拿大、西德、意大利和法国都参与其中。
其实从这里也能看出美国有多重视这项工程。
然而,雄心壮志要实现超级对撞机的美国,仅仅就在5年后就叫停了这项工程。
原因是不少美国议员认为,花费40多亿美元和这么多人力去建造一个连癌症都治不了的机器,是没用的。
实际上对撞机是可以应用在医疗设备上的,比如CT设备等都是通过研究对撞机才有了设想和研发的能力。
不过,美国是醉翁之意不在酒,许多议员认为投资已经超额,根据能源部的评估小组得到的最终预算,完成对撞机的建设大概会耗资93亿美元,这个数字到了1993年,就已经达到了110亿美元。
而他们认为资金的消耗上,外国政府的支持占比较少,并且美国并没有和有前景的国家合作。
其实就是想让其他国家提高资金的投入,但又不想和别国分享成果。
为此,不少物理学家愤慨地写信给总统,更获得了2000多名来自美国和国外科学家支持,可尽管他们用尽了全力去游说,这个项目也仅仅维持了一年,最终还是被废除。
在被宣布废除的那一天,无数科学家为之扼腕,要知道,当初参与工程的科学家中还有不少人曾是诺贝尔奖获得者,无论对他们还是对整个人类而言都意义非凡。
因此不少人对美国的科学感到痛惜和不满,认为超级对撞机工程的停止是整个人类文明史的倒退。
在被美国坑害了的国家和科学家之中,中国也位列其中。
当时在美国宣布要合作建设超导超级对撞机时,中国就非常积极参与到工程的合作建设中。
为了全力支持这个项目,我国还为其提供了5000多万美元,并且派遣了1000多位工程师和科学家。
他们分别在计算机技术和超导技术等领域做了贡献,这次的合作不仅仅是国内科学家展现实力的平台,更是供我国技术人才学习的机会。
然而,千百人的努力最终仍旧不能抵挡美国一句轻飘飘的项目叫停。
而在此期间投入的大量资金和人力全都打了水漂,他们不得不放下手中的工作无功而返。
最关键的是,他们付出了这么多却没有得到最终的结果,不得已之下,他们只能另寻出路,或选择回国,或选择留国外继续深造。
这也导致我国科学家一直以来都对美国颇有微词。
不过,国内并非完全没有行动。
1981年,邓小平就决定开启对撞机的研发工作,从1983年方案获批到1988年在北京建成国内第一座粒子对撞机,我国只用了4年。
最值得骄傲的是,国内建成的对撞机和国外的相比,亮度要高出至少5倍之多,相当于国外需要最多7天才能完成的数据量,我国只需要1天。
这就意味着我国在对撞机的研发技术上已经领先多个国家,登上了世界的舞台。
2012年,我国可科学家提出了CEPC加速器项目工程。该计划要在地下建造一个周长达到100公里的对撞机,意图通过高能量碰撞创造出希格斯粒子,用来模拟演化宇宙的物理现象。
其实我国不是唯一也是第一个要建设该对撞机的国家,同一时间,欧洲、美国以及日本也在研发,于是就形成了多方竞争的局面。
不过,我国却是第一个完成了技术设计报告的国家,并且关键技术设备都已经达到了设计的指标。
为了让粒子有充足的“奔跑”能量,国内科学家计划在环形两侧安装48套功率源,适时的为乏力的粒子补充能量,确保它们的速度等同于光速。
然而针对是否要落实方案,建设希格斯粒子对撞机,科学家们经历了很长一段时间的激烈探讨。
其中以反对派为首的物理学家杨振宁就表示,当下的中国并不适合进行高规格的研究,他认为建设和维护对撞机就需要大量的钱,这样对于中国而言是笔很大的支出,如果将其用在教育和基础建设上会带来更有用的价值。
杨院士的担忧不无道理,首先希格斯粒子对撞机的长度约100公里,这个长度比一般的对撞机要长上许多,至于为什么要修这么长,是因为要尽可能减小由高能量带出的辐射。
但这也就说明,长约100公里的对撞机需要耗费的不是简单的人力物力,保守估计至少要花上400亿。
其实这就相当于当初美国被叫停的SSC工程的进阶版。
美国叫停的原因之一就是因为它太费钱了。
如果以举国之力将400亿都用在建设环形对撞机上,就势必要在其他领域缩减成本,比如很多科学家不得不停下手头的实验项目,也可能会危及社会的基础建设和其他方面的投入。
并且在几十年内,建设出对撞机都不会有什么实际的作用。
的确,很多人都期盼通过对撞机尽快搞清楚宇宙的真相,完成伟大的世纪成就,可放眼当下,却又显得不那么重要。
况且,除了用对撞机之外,想要研究希格斯粒子还有很多方法,不一定就非要“撞”。
而选择支持建设的一方认为尽快掌握希格斯粒子就能完善粒子物理的标准模型,它可以帮助人类尽快升级微波技术、超导磁铁技术等,能应用在医学设备上,也是帮助人类更好地生存。
双方各执一词,都有道理,因此才分裂出了两派争论,至于未来会不会落实方案,按计划启动建设,还需要拭目以待。
参考资料:
[1]超级对撞机竞争|来源:中国科学报
[2]连巨型对撞机都不懂,你咋知道杨振宁在反对啥? |来源:澎湃早晚报
[3]超导超级对撞机 |来源:百度百科