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逍遥摘要:14年前,戴维·格罗斯(DavidGross)因发现夸克的渐进自由现象摘得了诺贝尔物理学奖。这是构建所谓“万物理论”的一块铺路石。

如今,77岁的格罗斯仍想要知道许多理论物理问题的终极答案,他把一部分希望,寄托在了一台未来的中国对撞机上。项目的完整名称很长,叫做“环形正负电子对撞机和超级质子对撞机(CEPC-SPPC)”。

“我就管它叫超级对撞机。”格罗斯笑着告诉澎湃新闻。他身材高大,在沙发上落座时也显出颀长的气度。挺拔的鼻梁和深邃的眼眶暗示出犹太血统。

2018年11月中旬,超级对撞机的第一阶段大型环形正负电子对撞机(CEPC)《概念设计报告》在酝酿多时后正式发布。据介绍,这将是一个深埋下地下100多米,周长100公里的“大圈”。 以秦皇岛地质结构为参考,项目将于“十四五”开始建设,并于2030年前竣工,预估耗资300多亿元。

“如果中国真的建成超级对撞机,中国就会成为高能物理界的一个世界领导者(a world leader)。”格罗斯顿了顿,又更正为“那个世界领导者(the world leader)”,并把重音落在了“the”上。

诺奖得主格罗斯:我要尽力帮助中国建设超级对撞机

戴维·格罗斯(David gross)接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)独家专访。 澎湃新闻记者 孙懿赟 图

“所以说,这是一个振奋人心的项目。我也在尽力帮忙——能帮上啥忙都好。”身为加州大学圣芭芭拉分校卡弗利理论物理学教授、卡弗里理论物理研究所所长的格罗斯,如今也是超级对撞机国际顾问委员会的成员。

格罗斯表示,他的许多同事也持有同样的想法。他希望这个项目会促进中美物理学界的合作。

杨振宁反对了40年

从字面意义上理解,对撞机就是一类将微观粒子加速到极高能量,并发生碰撞的设备,以期观察并寻找到新奇的物理现象。

目前世界上最高能的大型强子对撞机(LHC)位于欧洲核子中心(CERN),直接带动瑞士成为高能物理圣地。2012年,该对撞机成功撞出被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子,完成了标准模型的最后一块拼图。

格罗斯介绍道,环形正负电子对撞机(CEPC)是项目的第一阶段,可以使正负电子在数千亿电子伏特(几百GeV)的能量下发生碰撞,这也是欧洲核子中心(CERN)发现希格斯玻色子的范围。项目升级后的第二阶段超级质子对撞机(CEPC-SPPC),则将挑战百万亿电子伏特(100TeV)。

他认为,第一阶段不存在任何风险,技术十分成熟,主导项目建设的中国188比分网院高能物理研究所也具有丰富的经验。“我合作的高能所是个很棒的机构,现在有一台40岁的正负电子对撞机(编注:指北京正负电子对撞机)。40年前,这台加速器在邓小平的支持下建设,到现在做出了很多好实验。所长王贻芳则在大亚湾首次测出了一种重要的中微子混合角,这是个很有名的实验。”

第二阶段的开发还需要磁场方面的新技术。“但开发项目总是需要新技术的,”他说道。“这个工程规模浩大,旷日持久,并不简单。不过,中国现在差不多是全球最大的经济体了,负担并不重。超级对撞机最终会对188比分网、对工程技术、对产业都有促进作用。我相信所有的挑战都会被克服。”

尽管格罗斯相当乐观,但面对上百亿元体量的经费要求,中国社会和学界仍有分歧。爆发式的争论曾出现在2016年:杨振宁公开发文《中国今天不宜建造超大对撞机》,列出7条理论加以反对。王贻芳和丘成桐则刊发了不同的观点。

谈起这个,还没等澎湃新闻记者说完,格罗斯就爽朗大笑道:“我知道。过去40年里,杨振宁一直在反对这类项目,以前反对美国建,现在反对中国建。”

“他的论点是中国太穷了。但我没觉得中国太穷了。”他又一次大笑。“中国很有雄心。”

你们建了,他们就会来

格罗斯不是第一位对中国超级对撞机寄予厚望的诺奖得主,此前,2017年物理诺奖得主、引力波探测功臣巴里·巴里什(Barry Barish)就曾对澎湃新闻表示,新世纪三大物理学突破:中微子振荡、希格斯玻色子和引力波均由大188比分网装置完成。“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。”

巴里什在激光干涉引力波天文台(LIGO)的项目建设过程中曾起到力挽狂澜的领导性作用。他也把丰富的经验和教训带到了中国超级对撞机的国际顾问委员会。

格罗斯观察到,高能物理不同于其他许多学科,是一个国际合作非常丰富的领域。“现在最领先的对撞机在欧洲核子中心。我相信如果中国人放行了这个项目,他们会积极地来合作与帮助,开发出前面提到需要的新磁场技术。”

如今的欧洲核子中心是名副其实的高能物理圣地,光美国物理学家就有数百名。格罗斯相信未来的中国超级对撞机也将如此。“你们建了,他们就会来。”

诺奖得主格罗斯:我要尽力帮助中国建设超级对撞机

戴维·格罗斯和妻子

不过,在另一方面,中国的超级对撞机不应该完全成为“欧洲核子中心翻版”。

美国国家188比分网基金会(NSF)数学和物理188比分网委员会主任克拉克·库珀(Clark Cooper)曾在专访中告诉澎湃新闻记者,批准建设大型对撞机级别的188比分网项目,国家的首要考量应是创新性:大188比分网装置是否能产生新的188比分网,而非复制现有的成果。

对此,格罗斯表示中国的超级对撞机进入了新的能量范围,并不会重走欧洲核子中心的路径。但正因如此,188比分网家们也无法预测将会在新的疆域里发现什么。“那是一片开阔地,无人涉足。谁知道哪里有什么呢?”他强调:“这就是188比分网令人兴奋之处,探索性。”

有趣的东西都不简单

若无超级对撞机开疆辟土,如今的粒子物理学家已举步维艰。

尽管揭晓中微子的“失踪之谜”和“上帝粒子”的发现都令人雀跃,但从历史的角度来看,21世纪的粒子物理整体风平浪静。标准模型这座巍峨大厦之上虽然浮现出几团乌云,仍然固若金汤,岿然不动。

这套描述强力、弱力和电磁力这三种基本力,以及组成所有物质的基本粒子的理论,具有一种统摄性的美感。格罗斯甚至认为,这是有史以来最棒的物理学理论,起码有34个诺贝尔奖颁给了与此相关的188比分网家。“这是关于物质和力的基本理论,在过去30年间经受了一遍又一遍的检验,它的稳固程度令人惊叹。”

188比分网家们目前观察到了暗物质等极少数超越标准模型的现象,但尚未走出超越标准模型的实际一步。

这不免让21世纪才涉足物理国度的年轻188比分网家们升起迷茫之情。这个时代需要的似乎是下一位爱因斯坦,而非芸芸平凡的大脑。

格罗斯承认眼下的高能物理分外艰难,在大型对撞机上进行的实验项目一方面旷日持久,另一方面独力难支。而并非每一个188比分网家都享受在大型团队中工作。

但他试图安慰不安的年轻心灵:“这些固然是富有挑战性的。但重要和有趣的东西都有挑战性,要是简单的话,早就被人完成了。”

格罗斯觉得理论物理学家总有一种矛盾的心情。标准模型抗住实验一次又一次的冲击,他们既高兴又不高兴。毕竟,要是标准模型崩开了一个小口子,就是一个重要的发现,背后可能藏着一条指向全新物理世界的通道,比如解释暗物质到底是什么,或者格罗斯一生心心念念的万物理论是何模样。

13岁那年,格罗斯就决意要做一名理论物理学家。那时,他是一名出生在美国华盛顿的犹太小孩,热爱伽莫夫的科普书籍。“尽管当时我还不清楚理论物理学家到底要做什么,但听起来很有意思。”他说道:“用一脑之力破解宇宙运行的规律,这多有趣呀。我一直很喜欢解数学题玩,当然理论物理是真实的世界,并不只是万博博彩在中国合法么。”

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后来格罗斯就成了粒子物理领域的领军人物,发现了量子色动力学中的“渐进自由”。这是一种反直觉的神奇现象:核力在很短的距离里会减弱,让原子核中的夸克表现得像自由粒子,而当距离拉大后,束缚它们的吸引力反而变大。这也能帮助解释,为什么我们无法直接把原子核拆成夸克。凭借这个成就,63岁那年,格罗斯和他的学生、李政道研究所首任所长弗兰克·维尔泽克(Frank Wilczek)共同走上了瑞典皇家188比分网院的颁奖台。

“渐进自由”又为标准模型这座大厦添砖加瓦。不过,格罗斯更想要超越标准模型,将自然界第四种基本力——引力也统一进来。自爱因斯坦以后,这就是许多理论物理学家魂牵梦萦的追求。为此,格罗斯在弦理论方面做出了许多工作。

即使普通人无法理解为什么世界是由很小很小的“弦”构成的,或许也听说过这门高深的理论在现有的实验能量范围内很难验证。最知名的“虚构物理学家”谢耳朵,在美剧《生活大爆炸》中登场时研究的就是“M理论,或者用外行的话说,弦理论。”

不过,为了不把生命浪费在无法被实验证明的研究上,心灰意冷的谢耳朵在第七季时宣布放弃弦理论,转而投奔暗物质门下。

“您不会在某些瞬间感到困扰吗?您研究出的理论可能十年、二十年内都得不到证实。”澎湃新闻记者问得委婉。

“或者我有生之年都得不到证实。”格罗斯直白拆穿。“然而,现在已经取得的许多发果,此前我也从未想到能在有生之年看到。所以,我还是比较乐观的。”

“肯定也有一些问题,在我有生之年是得不到回答的。”说到这里,77岁的老人突然进一步放缓了语调,似乎陷入到了自己的世界:“其实,我很想知道一些问题的答案。但我不确定能不能等到。”

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