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中国高能物理研究在世界上占有重要地位(腾讯网)
2009-09-11|文章来源: |【
 

 

原文链接:http://news.qq.com/a/20090901/000766.htm

 

北京正负电子对撞机一角,它是中国高能物理研究中一台举足轻重的大型科研装置

领域介绍

高能物理是物理学的一个分支学科,它研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质,以及在很高的能量下这些物质相互转化的现象、产生这些现象的原因和规律。高能物理是一门基础学科,是当代物理学发展的前沿之一。

由于与军事科学之间少有直接联系以及其他特点,高能物理理论及实验研究项目,是多年来各国政府间及全球科学家能够通力协作的内容之一。

中国高能物理研究已在世界上占有重要的地位,中国科学院高能物理研究所是全球八大高能物理研究中心之一。


人物简介

王贻芳, 1984年获南京大学物理系原子核物理专业学士学位,同年为丁肇中教授选中,赴其领导的L3实验深造,2001年2月回国,任中国科学院高能物理研究所研究员、实验物理中心主任、常务副所长。

核心提示

不久的未来,中国高能物理研究可能迎来一个科研成果大丰收时期。北京正负电子对撞机改造成功后,它强大的功能为此提供了可能;而另一方面,大亚湾中微子实验的顺利建成,也必然进一步推进中国高能物理的大发展。这一切将帮助我们揭开整个世界、整个宇宙形成的“真相”。

 


口述实录:

30年前,中国高能物理走出了正确的第一步

 

中国高能物理的发展目前处于一个非常好的上升阶段,主要表现为国内几个大的高能物理实验装置,有的刚刚建成,有的正在建设或在计划之中。相信在未来的几年内可以取得重要成果。

 

中国的高能物理研究应该是上个世纪50年代开始的,当时欧洲国家在日内瓦成立了欧洲核子研究中心,社会主义国家认为我们也要有自己的核子研究中心,于是就在前苏联莫斯科郊外的杜布纳成立了联合核子研究所。中国参加了这个研究所并投入了几千万元的经费,取得了一批重要成果。但后来因为中苏关系恶化,中国科学家撤回来以后,我们以前的投入就没有效果了。因此老一代领导人和科学家们都有一个愿望:我们要在自己的土地上做高能物理实验。

 

高能物理研究与其它研究相比,有一个非常特殊的地位,它所使用的加速器与探测器牵涉到非常广泛与复杂的技术,对于国家的工业和高精尖技术有很好的带动作用,实际上代表了一个国家工业和科学研究的水平,在任何国家都是一个标志。

 

中苏关系交恶以后,中国也想有这样一个标志,这个梦想从60年代、70年代一直到80年代末期,才真正实现。我们终于有了自己的实验装置,就是北京正负电子对撞机(英文缩写BEPC)及其探测装置北京谱仪(英文缩写BES)。

 

实际上,中国当时在对撞机上的投资是有限的,人家都走到前面去了,要在最高的能量区去跟别人竞争,我们没有这么多经费、没有技术储备,怎么办?我们就在人家走过的地方找一个空档(一个能量相对较低的特殊区域)做研究。

 

30年后再回过头来看,这个空档选得非常巧妙、非常正确。事实上选任何一个其他的空档,同样的投资,都不可能取得现在得到的这些成果。

 

同时,应该承认的是,当时的技术水平和国家投入的力度等还是不足的。如果当时投入再多一点,把装置的性能做得再好一点,也许我们取得的成绩还会更好。因为我们的设备,特别是探测器(BES)不够先进,有一些新的科学发现被别人抢去了。

 

邓小平为北京正负电对撞机工程奠基

 

BEPCⅡ/BESIII已做到全球同类装置目前的极限,没有人能做得比它更好
 

不管怎么样,中国从起步开始,第一步就取得这样的成就是不容易的。现在我们的国力不同了,经过过去5年的努力,北京正负电子对撞机于2008年完成改造(称作BEPCII/BESIII),通过了国家验收。其整体设备性能包括人员的水平,都跃上了新的台阶。可以毫不夸张的说,我们的装置与国际上最先进的相比,是同一个水平。实际上这个装置已经做到目前已有的技术、知识和工业能力的极限了。你把这个装置给世界上任何一个国家建,比如说给美国人,给欧洲人,他们也只能建到这个程度。

 

在这个装置上会取得非常重要的成果,一方面是由于其性能大幅度提高,另一方面就是物理事例统计量比过去有两个量级的增长。我们相信会观测到过去没有看到的新的物理现象。这一块虽然是人家走过去的,但毕竟别人是二三十年前走过的,那时水平都比较低。现在你拥有了一个全新的设备,再回过头来看这片“地”,肯定会发现非常多的新东西,这一点我们坚信不移。

 

高能加速器物理在国际上的发展趋势有两条线,一条线是能量特别高,一直往上走;另一条线能量不是特别高,但把强度做得很高,使得数据量特别大,可以做精细测量。后一类在国际上占了非常独特的位置,从科学上来说有重要意义,比如美国和日本在比我们能量略高一点的区域,意大利在比我们略低的能区,均有被称作“粒子工厂”类的加速器装置。我们北京正负电子对撞机所处的位置十分特别,如果我们不做的话,肯定会有别的国家做,我们要占领这个位置。

 

在未来的十年里,北京正负电子对撞机(BEPCII/BESIII)会取得重要成果,中国的高能物理研究会再上一个台阶,在国际上有非常不同的地位。

 

两条腿走路,在中国建设国际上最好的中微子实验室

 

除对撞机之外,我们还有新的项目,比如说大亚湾中微子实验,这实际上开拓了中国高能物理研究一个新的方向。

 

过去我们做高能物理研究要用加速器,比如正负电子对撞机。但实际上还有另外一个方向是不用加速器的,叫作非加速器物理,中微子实验是这里最主要的一个方向。中微子是一类非常特殊的基本粒子,会在核电站的反应堆里大量产生。我们利用大亚湾核电站作为中微子源来研究中微子的一个最重要的基本性质,是非常有意思的一件事情。

 

选在大亚湾进行中微子实验,是因为我们需要一个很强的中微子源,大亚湾核电站在全球排前五名。另外还有一个原因,是我们希望这个反应堆旁边有山,这样我们就可以把探测器建在山里面,屏蔽宇宙线本底,排除这些因素对实验的干扰。正好大亚湾反应堆旁边有山,而世界上排名靠前的其它核电站周围都没有山。

 

对中微子实验来说,这是一个非常特殊的机遇,正好碰上功率很高,周围又有山的核电站。再加上我们在这方面有一定的基础、有相当的经验来设计这个实验。几方面的因素综合在一起,我们设计了一个国际上最好的实验,将竞争对手远远地甩在后面,实在是一个难得的机遇。

 

我们这个实验大约耗资几千万美元,从性价比来说,很难再找到一个象它同样重要的项目。其实,这跟电子对撞机是一样的,人家都走到前面去了,我们在后面找了一个空档,而这个空档既重要,又是我们国力能够承受的。

 

大亚湾实验的建设相当顺利,我们已经完成了实验室土建工程建设的70%左右。为将实验设备放在山里面,要挖一条三公里长的隧道,并在隧道里建三个实验大厅。在核电站旁边进行爆破,是一件非常困难非常复杂的事情,难度非常高,有很多的技术和安全方面的问题。好在现在土建方面的关键问题已经克服了,最困难的阶段已经过去了。

 

我们在大亚湾核电站现场盖了一座地面装配大厅,在那里做探测器的装配,这个工作现在正在进行。第一个探测器已经全部试装了一遍,今天年底和明年年初我们会把第一个探测器装出来。

 

探测器在地面大厅装好后,明年我们把它安装到地下实验厅大厅去,进行试运行。我们一共要建八个探测器,明年完成第一对,后年完成剩下的三对。

 

从上面的介绍可以看到,中国的高能物理在加速器和非加速器粒子物理的研究方面,都占据了非常重要的位置。实际上我们在国际上是非常有影响的,几乎所有大型的国际高能物理会议都会邀请我们去做报告。

 


大亚湾中微子实验施工现场,这里将成为中国高能物理研究的又一主战场

 

高能物理研究助推国家工业发展

 

高能物理讨论和要解决的都是关于物质世界最基本的问题,这些问题对于我们理解整个世界、整个宇宙是非常重要的。

 

高能物理研究是基础的基础,其成果构成我们整个人类知识的基石。每一个成果都好像一块砖,单独把某一块“砖”拿出来讲,很难说清楚,公众也很难理解。但实际上整个人类的科学知识、我们对整个世界的理解,都是所有的这些“砖”垒起来的。这些一块块的“知识砖”拼凑起来,就构成了我们对人类世界的理解。

 

高能物理还有一个非常大的特点,就是实验设备一般都很庞大,涉及到很多专业,如机械、电子、微波、计算机与控制、粒子探测与电子学等。这些设备的设计、建造和运行,实际上对整个国家的科学实力、工业基础和国家的经济能力都提出了非常高的要求。这种要求,通过需求牵引,推动了工业部门的技术进步,对国家科学研究的实力、国家工业水平有巨大的推动作用,这方面实际上有许多实例。

 

中国的物理教育会影响未来科研

 

中国的物理学教育存在诸多问题,有些属于整个教育的问题,但有些又有一些特殊性。

 

第一大问题是学科不平衡。物理学实际上还细分了很多二级学科,粒子物理、原子核物理、凝聚态物理、光学等等。跟国外的物理学教育相比,现在中国物理学教育的问题之一就是二级学科发展不平衡。很多大学偏科偏得很厉害,最后造成我们中国的物理学教育从总体上来说偏离了物理学的主流方向。学科分布不均衡造成我们培养出来的学生分科也不均衡,对物理学的某些研究领域造成的问题是比较严重的。

 

第二个比较严重的问题是我们的教育偏重理论,不重实验。道理大家都懂,大学里的教授也说要做实验,也安排一些普通物理实验,但基本上跟叶公好龙是一样的,嘴上说重要,实际上并不重视。

 

现在整个中国学术界浮躁得很厉害,做理论可以出很多文章,比较容易得到承认。实事求是地说,在大学里面教课,研究理论的老师比较容易把课教好,实验的课则比较难教。

 

实验不完全是教出来的,要动手、要有设备有经费,各种各样的问题。整个中国的教育是一种灌输教育,而实验是灌不进去的,实验就是要给学生创造一个环境,让他自己去做,整个中国的教育没有这样一个传统,所以我们的实验教育也是灌输。这就没有达到实验培养的目的,造成我们现在培养出来的学生,大量的人没有受到很好的实验训练。因此就怕实验,就不愿意选择实验作为未来的研究方向。

 

从我们培养出来的大学生、研究生、博士能看出来,理论知识超过实验。即使是属于实验的范畴,很多人也愿意去做一些小的研究,有些人名义上是做实验,实际上他所需要的设备都是买来的。也就是说,能够真正动手做实验设备、动手做大设备的人偏少,说到底就是动手能力偏弱。

 

物理学是实验科学,是以实验为基础的。在国外,从事物理实验工作的人员基本上要占80%以上。在中国这个比例我没有统计过,但凭感觉,理论很可能会占到一半以上。

 

科学研究目的是什么?一方面是积累基础知识,另一方面,科学研究本身在设备的设计制造上带动了整个国家工业的发展。国家投入科研经费,不完全是为了买科学技术知识的“砖”,也希望看到通过需求对工业界的带动。

 

如果大家都不去做设备,都去买设备,那一点带动作用都没有。所以说国家投的经费不能只去买设备,也不能光做理论,一定要把这个钱投到研制设备上,带动工业界的发展是科学研究的一个重要目的之一。

 

(腾讯网-2009年9月1日)


 
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