上海市科协举办“粒子物理理论和实验的回顾与展望”报告会

　　6月20日，由上海市科协和李政道研究所联合主办的“粒子物理理论和实验的回顾与展望”报告会在上海科学会堂举行。上海市科协党组成员、副巡视员黄兴华向参会专家致欢迎辞，李政道研究所资深教授季向东主持会议。来自上海交通大学、华东理工大学、华东师范大学、上海师范大学、上海科技大学、中科院上海光学精密机械研究所等高校、研究所的青年教师、研究生100多人参会。
　　美国密西根大学杰出教授Gordon Kane、德国Freiburg大学教授Peter Jenni和中国科学院高能物理研究所所长王贻芳等主讲嘉宾，分别围绕“粒子物理理论”“大型强子对撞机实验和希格斯粒子的发现”“中国高能物理的现状和展望”等主题作专题报告，并就中国大科学装置的国际化合作提出相应建议。前欧洲核子研究中心主任、李政道研究所访问教授、意大利罗马大学理论物理教授Luciano Maiani参与对话，就粒子物理理论和实验发展的状况与前景作阐述和交流，进一步探讨粒子物理的发展趋势和重大突破方向。

　　高能粒子加速器创造的有利条件超出物理学领域
　　“有没有可能不借助新的、有效的实验设备而出现新的理论、概念和工具来帮助科学向前迈进？答案是没有。”世界著名理论物理学家Gordon Kane曾任密西根学术理论物理中心主任，在Higgs物理以及超对称物理中有着极为重要的贡献。
　　报告会上，他充分肯定了高能粒子加速器给物理学甚至物理学之外的领域创造的有利条件：“正负粒子对撞机和大型强子对撞机在发现新物质方面非常有效，不仅如此，大型强子对撞机LHC等大科学装置还是后来亚马逊和脸书这样的企业能够产生的原因。”他举例说，电磁学、电磁技术、超导技术等，都在粒子对撞项目中得到了长足的发展，如今已创造了成百上千亿的价值。影像技术最早也是从加速器中产生的，今天被广泛应用到了医学、电子设备和智能手机。
　　目前有超过2500万个使用root技术的软件，主要用于金融分析，产生的价值超过了50亿欧元之多，而root最早是分析粒子对撞结果的数据。此外，诺华制药企业运用加速器已经产生了超过39亿美元的价值。有经济学家统计得出，科学界约有一半的新工作是通过新的粒子项目产生。
　　据Gordon Kane介绍 ，目前在欧洲核子研究中心，将近1/4的物理学博士已经不从事粒子物理学的研究，但他们为其他领域创造了价值。事实上，诞生于上世纪80年代、推动第三次工业革命的互联网就是高能物理学界的科学家之间交换数据、进行沟通这一需求的副产品，而微软当时根本没有想到这么做。
　　在Gordon Kane看来，投资建设粒子加速器一定会产出大于投入，且经济效益远远超过投资的好几倍。“中国已经有8个中型的科学设施，可以做一个世界上唯一的大型设施，就像当年科学家发明互联网一样，让全世界所有的人都来使用。这类设备的研发过程有可能产生一种像高温超导那样的突破性技术，并进而促使该技术工业化。”他认为。
　　“在大型科学项目中，个性和韧性非常重要”
　　Peter Jenni教授是国际著名的粒子物理学家，80年代参与和领导了欧洲核子研究中心的UA2国际合作实验，1983年参与发现了W和Z玻色子。2012年，他领导ATLAS实验组发现了希格斯玻色子，为2013年度诺贝尔物理学奖提供了最关键的实验证据，Peter Jenni由此分享了基础物理学突破奖。由于ATLAS大型国际合作实验组是由38个国家、182所大学和研究所的约3000名研究人员组成，季向东教授笑侃：“Peter教授带领3000个科学家做着与现实世界毫不相干的事，却找到了最有用的理论。”
　　在Peter Jenni 看来，对撞机除了产生经济效益，也会为教育和国际合作带来益处。当年，上海交大、中科院物理研究所、中科大等中国的研究机构也参加了ATLAS的项目。在大型科学项目中，即使是一名博士生也有机会进入科学前沿，参与其中并找到自己的价值。
　　Luciano Maiani教授强调，在大型的科学项目中，个性和韧性非常重要。希格斯当年如果没有加入ATLAS的项目，他就不可能了解一系列具体情况，并作出后面的贡献。这就好比在绘画领域，一个画家如果中途停步或放弃，就会有人取而代之；持之以恒，才可能成为一个流派的开创者。
　　“如果我们的实验发展了，理论物理学家自然会跟进”
　　中国科学院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳2012年3月在大亚湾中微子实验中发现了新的中微子振荡模式，成果入选美国《科学》杂志评选的“年度十大科学进展”。2015年11月，他分享了基础物理学突破奖，是首位获得该国际大奖的中国科学家。这次的报告会上，他回顾了中国粒子物理研究自上世纪50年代完全从零突破，最早“靠天吃饭”，利用宇宙射线，到后来慢慢地改用小型加速器、大型加速器的发展历程。
　　在王贻芳看来，中国真正的高能物理研究正是从北京正负电子对撞机开始的，这个造价2.4亿人民币的装置花费约占当时整个中国GDP的万分之一，从1984年开始建设到2008年完成改造，目前仍然是领先的。关于这个大科学装置的功能，他举例说：“以往科学家发现的质子、中子都由两种或3种夸克组成，至今没有清楚地看到过由4—5个夸克组成的强子，强子的结构问题至今尚未得到解决。当时的科学家希望在北京正负电子对撞机上寻找这种不是很正常的强子。2013年的时候，我们真的看到了一个强子，由4个夸克组成。该成果被《科学》杂志评为当年的13项物理成果之首。事实证明，这个加速器使得我们有了差不多30年的发展空间，达到国际领先地位，而且积累了大量的技术和经验。”
　　据介绍，在大亚湾中微子实验之后，科学家们又做了江门中微子实验，在两个核电站之间的一座小山下面做探测器。“大亚湾的探测器是20吨，现在的是20000吨。我们要建一个几乎是世界上最大的探测器。”王贻芳说，这也是一个有意义的大型国际合作项目，未来的大型项目一定是国际合作的。
　　“做高能物理有一个基本要求：设备自己研制、自己建造、成果自己产出。一个新的大科学装置的诞生过程将培养成千上万高水平的设备研制人才。不可能等所有的条件都成熟了才开始做一件事。在北京正负对撞机改造还未完成时，我们就在讨论，这个装置完成以后，我们能干什么。事实证明，如果我们的实验发展了，我们的理论物理学家自然会跟进。经过北京正负电子对撞机，我国在强子理论领域已经走到了国际前列。”王贻芳认为，科学是规划不出来的，政府在基础研究领域值得有更多的投入，让科学家去做自己想做的事情。据他介绍，我国目前的基础研究投入占GDP的5%，而国际上的相关平均值是15%。目前中国共有300个左右的科学家使用CERN，占全球使用CERN科学家的2—3%。在季向东教授看来，这个低占比主要因为中国从事相关科学研究的起点比较低，很多时候，科学家还没有找到该领域的合适研究方向。（陈怡  编辑：金哲亮）

上海市科协供稿