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【亲历“世界最大科学实验”】4 专访CERN主席  

2010-12-22 11:35:00|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【亲历“世界最大科学实验”】 之 面对面

本报记者专访欧洲粒子物理研究所(CERN)主席
豪威尔 希格斯子一定会被找到!

【亲历“世界最大科学实验”】4 专访CERN主席 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》
豪威尔在测试房里,旁边的就是低温磁偶极加速器管道。图/CERN

作为CERN的掌门人,豪威尔手下有1万名来自世界各地的科学家、工程师、技术人员,其中2000人是CERN的正式雇员。这个机构CERN每年要从欧盟国家收集6亿欧元左右的巨额资金,与非欧盟国家的合作也正积极展开。“我就像一个城市的市长,寻找资金,寻找人才,给员工发工资,发退休金,管理大楼清洗,什么都干。”他笑道。

在CERN主楼四层一间面积并不大的行政办公室里,本报记者见到了这位“世界上最大的粒子物理研究中心”的主席。尽管自LHC开建以来,一直处于科学舆论与大众舆论的漩涡中心,但豪威尔总是自信满满,他预言,在5年之内,LHC就会找到传说中的希格斯子。这也是他首次接受中国媒体采访。

参与
实验对所有人开放

新京报:欧洲粒子物理研究所(CERN)参与的各国有哪些义务和权利?
豪威尔:CERN主要的资助来自成员国,按照GDP分配投资,德国目前是最大的资助国,占了20%。成员国的科学家可以进入CERN管理层,可以参与工业竞标。
不过,我们刚刚决定CERN不再只是欧洲的。非欧盟国家可以成为“合作国”。CERN的科学实验则是对所有人开放的,任何科学家只要足够优秀就可以加入,参加某实验机构可以分享这个实验的所有数据。

新京报:中国目前对CERN的贡献有1%,你觉得中国可以在CERN扮演怎样的角色?
豪威尔:我当然希望增加和中国的关系。合作国只需要分配10%的资金,本来就不是很高的贡献。每个国家都会想要协商参与。我们和中国科技部、中科院高能物理研究所以及北京的大学都有过接触。他们表示有兴趣,但协商总是需要时间的。这就好比政治,需要慢慢建立信任。

新京报:CERN本质上还是一个以欧洲为基础的研究机构。
豪威尔:全世界只有一个CERN这样的机构,我们有来自90多个国家的科学家,站在科学和技术的最前沿。成为我们的成员,就可以接触到世界上发展最快的科学技术和工程,可以创造和国际科学家的关系,还可以在国际平台上教育年轻人,他们回国后会开公司,或者进行教育,可以推动本国的发展。

新京报:为什么世界上要有这样一个花费巨大的项目,研究和人们日常生活毫不相干的实验?
豪威尔:很简单。技术创新必须是建立在基础研究上的。如果你只是做关于蜡烛的应用科学,永远不会发明灯泡。只有基础科学才能打开视野,推动应用科学。
基础研究可以从两方面推动技术。一个是研究本身,80年前,狄拉克引入了反物质的纯理论,几年后宇宙射线研究验证了它,而今天,我们的医院中都在用反物质。基础研究可以推动技术,只不过我们不知道在哪儿,何时会产生。另外,做实验的工具也可以推动技术。20年前,这儿的年轻人需要一个平台来传输数据,发明了调制解调器。今天,万维网改变了世界。

愿景
1到5年出结果

新京报:全球都在看LHC是否能找到希格斯子,这么大型的实验项目,如果失败了怎么办呢?
豪威尔:任何研究都有风险因素,但你说的失败是什么呢?是指我们什么都找不到吗?那样的话,我们可以打开一个完全不同的视野,那也将是很有趣的,那将令物理学家重新思考。但是我个人很自信这个实验可以找到希格斯子或者类似希格斯子的东西,能够证明标准模型,因为它就存在于目前LHC覆盖的能量范围内。如果找到的话,我们就可以了解我们宇宙的大约5%了。那95%是暗物质,我们现在还不知道。

新京报:大概多久能找到呢?能预测一下吗?
豪威尔:那你得给我一个水晶球。我觉得,如果幸运,可能就是明年年底,也可能要推到2014年。我说大概在1年到5年内吧。

新京报:LHC只寻找希格斯子吗?
豪威尔:CERN的实验太多了,有几百个同时在进行。当然,寻找希格斯子是最大的,是能够超越理论的。标准模型之外,肯定还有一个更大的理论。我们都知道牛顿定律,但如果速度更高的话,则必须把相对论也考虑进去。牛顿定律只是相对论在低能量时的状态。标准模型也是这样,它肯定是另外一个更大的理论中低能量时的次理论。

事故
我们吸取了教训

新京报:LHC在2008年出现的事故,令实验停滞了一年之久。事故真的无法避免吗?
豪威尔:如果你有一个灯泡,某个时期它发生短路了,你买了一万辆车,其中一辆车出了故障,这些发生并不代表着你没法控制,而是正常的失误。我们在逐步增加能量,只要质量控制好,把人控制好,就能控制住机器。2008年的事故是没法避免的。你永远没法避免失误,我想我们已经把风险降到最小了。

新京报:很多人觉得LHC一直都开开停停的,不理解为什么会这样。
豪威尔:如果你买了一辆从未测试过的车,你会怎么做?会很快就用最高速来驾驶它吗?还是一点点地提速?我们现在做的是,慢慢把我们的车,即LHC一点点提速。或许我们2008年不该一下子增加这么多能量,现在我们更谨慎了。我们吸取了教训。或许这是最好的说法。

新京报:关于LHC的科普已经很多了,但始终有人在担心它会不会造出一个黑洞来毁灭世界,你可以再澄清一下吗?
豪威尔:这些担心已经少很多了。我们做的所谓的“迷你黑洞”和宇宙的黑洞没有任何关系,我们是生活在三维空间中的,是否有更多的维度,理论界还可以讨论好几年,但是否会生出一个增长的黑洞吞噬世界,这是不可能的,我们做的只是模拟宇宙上百亿年前的事情,但真正发生的要比我们做的能量大得多。已经有几百篇论文论证我们做的只是日常实验,不会出现那些安全问题。

新京报:如果把手放进粒子束中会发生什么情况?
豪威尔:如果你把手放进粒子束,你的手上就会有个洞,粒子束的能量足够在你手上穿个洞的,就像激光可以切金属一样,所以我不建议你把手放进去。我也听到有人问,对撞时会听到什么声音,答案是,因为对撞是在真空中进行的,所以你什么都听不到,没有你想的“嘣”的撞击声。

未来
LHC后会是直线加速器

新京报:LHC短期内的对撞强度的计划是怎样的?
豪威尔:有两种方式可以增加对撞的强度,一是增加的粒子的数量,这样碰撞的几率就更大,这是目前我们在做的。另一个方法是增加粒子的能量,这就需要更强的磁场。2012年我们将关闭LHC进行整体维修更新,要打开所有一万个磁铁的接触进行更新,到2013年,我们将可以有更强的磁场。
接下来将在2016年关闭,进行一个主要的升级。加速器升级必须和探测器升级同步进行,我们可以增加粒子数量,也可以令粒子对撞更有效,让本来没有的对撞的粒子也对撞的话,我们则需要更新的磁铁。你知道探测器就像洋葱一样,有很多层,每层有着不同的功能,这些探测器需要更新来消化更多的对撞,就像如果你要拍摄像素更高的照片,需要更先进的数码照相机一样。

新京报:LHC之后是什么?会是直线加速器吗?
豪威尔:是的,不过得看预算,两者或许会同时存在,或者在LHC之后。直线加速器是完全不同的加速器,我们看宇宙会用不同的望远镜,结合起来才是完整的画面。我们有LHC这样的质子机器,也有用电子和正电子对撞的机器,北京就有一个低能的正负电子对撞机。
环形加速器的缺点是需要强大的超导磁铁令粒子转弯,可以反复地加速粒子。而直线对撞只能进行一次性加速,因此它的难处在于如何在预算有限,没法造很长的加速器的前提下,尽可能在每米范围内加速。但现在这个还在构想之中,都没有摆到桌面上提议。
不管怎样,我相信LHC找不到的东西,必须从LHC找到的东西出发,然后用其他的机器,不同的角度来研究,什么时候我不知道,或许10到15年,但我们首先得看LHC的表现。

新京报:我们在外面看到了巨大的电线杆,CERN的用电量是很大的,在大家都在讨论节能的今天,这边领导层是怎么考虑的?
豪威尔:的确,CERN的用电量就像一个小型城市,用电量是我们很大的问题。当电从电网接入设备的时候,电流的损耗是很大的,所以我们必须提高用电效率。你打开灯泡的时候,并不需要热,只需要光就行了。我们在尽可能减少电的损耗,所以我们采用了超导,现在反而是冷却系统用的电比磁铁导电更大,我们一直在寻找减少电损耗的方式。

【人物名片】
罗夫·豪威尔 Rolf Heuer
德国粒子物理学家,自2009年开始担任欧洲粒子物理研究所(CERN)主席。曾在汉堡大学教授实验物理,在过去的20年中,曾轮流在德国电子同步加速器研究所和CERN工作。

新知专题图文/本报记者 金煜 发自瑞士、法国(除署名外)
本专题感谢:李剑龙(浙江大学物理系博士生)


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