杨振宁极力抵制的对撞机，究竟是干什么的？

                       
对撞机的实质就是一台粒子加速器，作用就是用来加速粒子运动速度，用的就是电和磁场，将碰撞的粒子加速和集束，然后碰撞。

编者按：12月初，一篇名为《杨振宁的最后一战》的文章，刷爆朋友圈，文章解读了耗费巨资打造的对撞机所面临的争议。12月底，本文作者再发文章《美国为何不建对撞机》，同样引起了外界的关注。

作为高能物理研究领域的前沿项目，对撞机始终给人一种神秘莫测的感觉。为此，腾讯新闻联合知乎发起系列策划，回答有关对撞机的一切问题。

关于在中国建与不建对撞机的问题，网上已唾沫四溅，而对撞机究竟有什么作用？其工作原理、研究对象、发展方向等等是什么？对于大多数人来说，这是一脸的懵懂。

而关于这方面的科普也很少，原因是科普还真有点困难，因为：说深了、说多了，大多数普通人还是不懂，若加入数学公式来说明，会让人更难懂。说浅了，马上会被人指责你不懂装懂，如果你不插入几个数学公式解说，会被人骂成民科和胡说八道。


<em class="desc"style="color:rgb(155, 158, 163); display:block; font-size:14px; line-height:20px; margin:0px; padding:0px; text-align:center">瑞士的欧洲对撞机</em>

思来想去，我觉得还是很有必要做回地道的民科，解读一下对撞机，尽量让大多数人能懂，让更多的人能理解。下了这决心，我就用最简朴的语言来说说。

对撞机是用来做什么的呢？

原来，科学家们想知道原子核的秘密，到底是由那些更小的粒子构成，又是如何组合的？为此而大动脑筋。

原子实在太小了，没有太多观察、测量和拆分的方法，最好的办法就是将质子或电子，这些比原子小一点的粒子的亚原子，称为强子，把强子放在加速器里加速，通过碰撞，把这些粒子碰碎。

碰碎了，就容易去研究这些被碰碎的小粒子结构和属性，再通过识别、计算、分析和设想，形成一种理论，还原粒子的结构、组合方式和组合力，建立粒子的实际模型。

对撞机的实质就是一台粒子加速器，作用就是用来加速粒子运动速度，用的就是电和磁场，将碰撞的粒子加速和集束，然后碰撞。

最开始的时候是加速一个粒子去碰撞固定的粒子，叫靶射。

后来，发现这种碰撞力度和效果不大，就把要碰撞的两个或多个粒子同时加速，实现对碰，这就是对撞机之名的由来。

对撞机加速粒子需要很大的能量，所以，对于这一方面的物理研究，就被称为高能物理。

对撞机兴起于上世纪的50年代，最先用于电子对撞，最早对撞机在1961年开始了运行，我国80年代的北京正负电子对撞机在那时是很先进的。

随着技术的发展和要求的提高，开发了质子对撞机，利用质子对撞，效果更好，可以更容易的发现新粒子和分析碰碎的粒子。

但是强子对撞机因为高速、高能、强磁工作环境，其加速系统、冷却系统、探测系统、封闭系统和数据处理系统非常复杂，要求越来越高，造价也越来越昂贵，运行和维护的成本急剧上升。

同时，对撞机高能封闭的运行环境，非常容易出故障，维修成本和技术要求也越来越高，而且安全要求特高，需要高度严谨。

还有，对撞机碰撞，并不是象两辆汽车加速碰撞，碰成一地碎零件这样简单，对撞机在碰撞过程中，碰碎后的小粒子都是不稳定的粒子，绝大部分转瞬即逝，极难观察、记录和描述，更不用说捕捉和存留。

同时，在碰撞前后，还会产生许多新的粒子，新的粒子绝大部分也是不稳定的，会一瞬间就消失，总之，等碰完后，残留的粒子都是自然界里常规稳定粒子或半衰期不稳定粒子，这对研究毫无意义。

而且，每一次碰撞后的情形和记录的结果是不相同的，每一次碰撞，碰碎的粒子和新形成的粒子也是不相同的，重复实验并不一定是上次实验的结果，这样，每一次碰撞的观察、记录、区别和分析变得非常艰难和复杂，很难有可比性和对照性。

如此一来，对于碎解的粒子研究，更多是瞬间观察、记录和后期的数据处理、辨别和分析，因此，要求现场实验的研究人员，数量要多、能力要强、素质要高、经验要丰富。

这种高烧钱、高技术、高人才要求的对撞机实验，对于任何一个国家的实力都是一种考验和挑战。美国在里根时期批准了备受争议的强子对撞机计划，在投资近30亿美元后，因为后期预算太大，到了克林顿时期被否决而废弃，这就是杨振宁说的美国的痛苦经历。

为了继续科学研究，在美国的撮合下，由近40个国家合作投资近百亿美金，也包括中国在内，在瑞士修建了世界最大的强子对撞机，作为世界公益的科研项目，选址瑞士，因为瑞士是一个永久性的中立国。

瑞士对撞机以科学成果共享、资金比例分摊、科研人员由各国人员共同参与的原则运行，我国有60多名科研人员参与，这里集合了全世界2000多名顶尖科学家和数千名技术和工作人员。

瑞士对撞机子自2008年运行以来，发现了“希格斯玻色子”，即“上帝之子”而闻名，后期再无成果，特别是频繁故障，多次暂停维修，断则数月，长则数年，显然，其运行的能力已不能满足现在的研究要求。



二、建造大型强子对撞机的目的

鉴于上面分析，有科学家要求修造更大、碰撞更猛的大型强子对撞机，主要目的有两个：

1、进一步证实“上帝之子”。

有人认为瑞士对撞机发现的“上帝之子” 不足以证明，还需要进一步寻找和研究。

2、要寻找“超对称粒子”。

这粒子来自物理学的一种假说理论叫弦理论，这个理论通过超级复杂计算，预言猜想还存在一种粒子，叫“超对称粒子”，这就是杨振宁教授提到的猜想中的猜想粒子。

为什么要找到这两种粒子？找到有什么作用？

高能物理通过对撞机60多年的实验，建立了一个粒子模型，这是一个预设的标准模型，即通过一系列的假设和参数设想而成，虽然经过很多次的实验检测基本符合。


<em class="desc"style="color:rgb(155, 158, 163); display:block; font-size:14px; line-height:20px; margin:0px; padding:0px; text-align:center">标准模型</em>

但是，标准模型依然存在很多的缺陷，譬如过分依赖太多参数；质量起源和质量缺失问题；组合力不能完整统一等等。

如果找到这两种粒子，可以完善这个所谓的标准模型，这就是目的。

当然，还有人试图把这个标准模型放大到天上，力图证明大爆炸理论和暗物质起源，这当然是大理想主义而已。

科学家们对物理理论追求和完美，对终极统一理论的情结，要求新建更多更好的强子对撞机，那么新建的对撞机的跑道要更长、能量要更大、对粒子加速要更快。

这种高投入、低回报的大型世界性的公益性科学项目，请求发出后，响应者寥寥无几，尤其是出大头投资的欧洲和美国，一声不响，而我国部分科学家有意接收这个项目，并游说国内和世界支持，但杨振宁教授却旗帜鲜明的表示反对。



三、杨振宁反对理由总结

反对理由归纳为几点：

1、烧钱。建造成本巨大、运行维护成本是无底洞、安全成本高昂。

2、实验中的技术和科研人才，任何单一国家都不可能充任，必须依靠世界性的科研和技术合作。

3、这是世界性的基础理论研究，成果是共享的，公开的，而实际应用却是长远无期的。

4、目前粒子理论不成熟，高能物理处于低谷期，去验证猜想粒子是极高风险研究。

5、中国应该把钱更多的投入应用性和技术性领域，这种有知识产权性、时效快的研究领域。

还有，杨振宁说，对于粒子物理的研究，到了今天，不是完全依赖于强子对撞机的作用，有了更多的选择。应当把多年对撞机的实验报告，做更多的分析论证，找到新的理论突破。

为此，有很多的新理论不断涌现，意在解释现有的实验成果和预言新的理论，并寻求验证。