杨振宁的最后一个“对手”——希格斯物理的漫长过去与未来（二）

 （前文见：杨振宁的最后一个“对手”——希格斯物理的漫长过去与未来（一））

东方力量的崛起

正如国内的很多现代学科一样，中国的高能物理实验发展的历史比较短，道路也很曲折。但是，因为勤劳的中国科学家的努力，中国的高能物理学科发展的很快。

早在上个世纪五十年代，中国的物理学家就曾在苏联科学家的帮助下设想过在中国建设自己的粒子加速器。然而后来的几十年中国经历了中苏交恶、文革等历史阶段，直到八十年代改革开放初期，最终建设方案的轮廓才得以成型。

最早的华人诺贝尔奖得主之一的李政道先生一直非常关心中国的各种科学研究，尤其是粒子物理学研究的发展。早在中美正式建交之前，李政道就在努力的寻找一些中美合作的契机，使得中国的科研人员能够有机会去美国学习当时更为先进的科学技术。在他的大力推动下，1979年1月，中美刚刚建交，双方的时任领导人就签署了“中美高能物理科技协议”，以及“中美高能物理合作协议”。这是中美在科技方面的第一份合作协议，为后来几十年的中美合作设立了第一个样本。

1981年3月，李政道先生在美国的费米国家实验室召开了一个非正式的学术研讨会，其间李先生特别邀请了中国科学院高能物理研究所的科学家来到美国参加这个会议，同时李先生也有针对性地邀请了美国实验粒子物理方面的专家参加。在这次会议上，美国斯坦福直线加速器中心的时任所长沃尔夫冈·潘诺夫斯基（Wolfgang Panofsky）提出了建议中国建造对撞能量为2×22亿电子伏特的正负电子对撞机的方案，经过讨论，与会者都认为这样一台正负电子对撞机规模适中，是在中国的科研实力与国家经济可以承受的范围之内，并且它既可以做国际前沿的高能物理研究，也可以作为同步辐射设施，应用在其他前沿科学领域，在当时情况下是一个我国在高能实验物理起步的非常好的选择方案，十分适合中国的国情。这一提议很快得到了国内科学家的一致支持，而这个方案，也就是“北京正负电子对撞机”BEPC建设方案的前身。

1981年12日22日，邓小平亲自听取了中国科学院关于建造22亿电子伏特正负电子对撞机建议报告会，并在会上批示：“这项工程进行到这个程度不宜中断，他们所提方案比较切实可行，我赞成加以批准，不再犹虑。”

1984年10月7日，完成设计的北京正负电子对撞机正式破土动工，邓小平更是亲自为这项工程奠基。

李政道先生一直是中国对撞机发展的最坚定的支持者之一，也是中国近代科学技术发展的主要推动者之一。从1979年到1989年的11年间，作为国家领导人的邓小平共会见李政道13次，谈论了大量中国科技发展的建议。其中有10次他们的会面都谈论到了北京正负电子对撞机的建设进展。

北京正负电子对撞机BEPC所在的建筑群

终于，在1988年的10月18日，完成建设的北京正负电子对撞机成功实现了它的首次对撞。

1988年10月20日的人民日报头版报道了这一成果，至此，北京正负电子对撞机作为继两弹一星之后我国在高科技领域的另一重大突破性成就，和当年中国科学技术史上最大的科研工程，终于开始了它的传奇。

1988年10月20日的人民日报头版对于北京正负电子对撞机的报道

1990年夏天，在一次召开于新加坡的高能物理大会上，时任中国科学院高能物理研究所的一位副所长向在座的世界高能物理学家介绍了北京谱仪的新进展，会上，曾和丁肇中一起获得诺贝尔奖、已经成为美国斯坦福直线加速器中心时任主任的伯顿·里克特教授告诉这位副所长，斯坦福直线加速器中心和美国其他机构的物理学家对北京正负电子对撞机上的探测器——北京谱仪上的物理研究非常感兴趣，不知道是否有可能由此开展中美科技合作。

这是第一次中国主导的科学项目走向国际。最终，1990年12月，里克特与高能物理所时任所长签署了“高能物理所与美国直线加速器中心合作备忘录”。北京谱仪由此也成为第一个由我国主导的国际合作科学实验。

北京谱仪的国际合作项目的成为了中国与国外自然科学研究大规模合作的成功案例，也是第一次有中国科学家主导的科学实验跻身世界第一流的科研项目之列。北京谱仪因其升级后优异的性能，使得其他国家在相同能区的其他对撞机都显得黯然失色，成为鸡肋。2008年，在与北京谱仪的性能竞争失败之后，美国的加速器CESR被宣布终止了它的运行计划。从此，北京谱仪实现了在τ-粲能区物理领域的独步天下。

在中国本土的对撞机物理团队如火如荼的发展之时，中国高能物理界的另一个团队——大亚湾实验团队正在粒子物理学的另一个领域艰难的奋战着。自然界中有一类粒子如鬼魅一般，会自发的在三种状态间变来变去，并且一般的探测器很难探测到，这类粒子就是前文中泡利所预言的中微子，而那三种状态间的变化就是中微子振荡。在20世纪末，中微子振荡的前两种模式都已被国外的物理学实验观测到了，而第三种震荡模式则是最难被探测到的一种，许多国外的实验前赴后继想要寻找它却都失败了。而大亚湾实验团队历尽艰辛，在大亚湾核电站附近，设计并建设了一个利用核电站产生的中微子做研究的实验。这个项目2003年被提出，2007年破土动工开始建设，2011年底安装完成并投入了运行。 这之后仅仅过了57天，中国的大亚湾实验团队就发现了那个隐藏最深的、新的中微子振荡模式。而在中国团队公开实验结果后仅仅又过了25天，韩国的科学家实验团队也发现的相似的结论，证实了中国的结论。但是，科学竞争又是残酷的，教科书上只会写第一个发现第三种中微子震荡模式的实验——中国的大亚湾实验，韩国的科学家们这一次只能沦为陪跑，而粒子物理发展史上也第一次有了中国本土实验得出的重要结论。

安置中的大亚湾中微子实验的探测器

在对撞机这边，中国的团队也开始了收获的季节。在2013年，在北京正负电子对撞机上的北京谱仪上，中国科学家第一次发现了一种新的物质形式——四夸克态，这项结果再一次为粒子物理学的版图带来了巨大的冲击，也证明了，中国科学家在物质的基本形态研究领域能做到世界领先。

曾经的中国有着令人自豪的四大发明，有着灿烂辉煌的文明。近代的中国走过一段沉沦、昏睡的道路。但是到了现代，随着中国科技、经济、民生、基建等领域的全面崛起，东方的巨龙苏醒了。中国的基础科学研究实力，也随着巨龙苏醒，逐渐迈进了世界第一梯队。

未来的道路

2012年希格斯粒子的发现，结束了一个时代，也开启了一个时代。

一方面，标准模型的框架虽已建成，但细节仍是不清晰的，还有大量的不确定的条件，所以一切基于希格斯机制与标准模型的理论都可以大胆的前进一步、提出更精细的实验要求了。另一方面，物理学家也十分清楚目前的标准模型是不完善的，已有很多实验观测结果与标准模型的预测相冲突，比如在标准模型中中微子应该是没有质量的，但是诸多中微子振荡的实验结果表明，中微子是有质量的。所以，超出标准模型的新物理的理论仍然有大量的可能性。

而希格斯粒子又不仅仅和物质质量的起源有关系，其他的领域比如早期宇宙演化的过程、暗物质与暗能量等等也与希格斯粒子息息相关。因此，对希格斯粒子的精确研究是粒子物理学界一个明确的未来需要完成的目标。

希格斯物理与其他研究领域的关系

2012年7月CERN发现希格斯粒子的同时也确定了它的质量大约是125个十亿电子伏特。这一条信息决定了如果想要建造专门用来生产希格斯粒子的粒子工厂式对撞机，它所需要的能量是多少。

科学家们发现，想要以最高的效率的产生希格斯粒子，所需要的对撞机的能量是240个十亿电子伏特。在这个能量之下，大量的正负电子对撞之后能够产生一个希格斯粒子和一个传递弱核力的Z粒子。

因此，2012年9月，仅仅在希格斯粒子被发现之后的两个月后，中国的在不同领域奋斗高能物理学家们逐渐走到了一起，形成了一个新的团队，并提出了在中国建造下一代正负电子对撞机的宏伟计划，而这个新的正负电子对撞机的运行能量就锁定在了240个十亿电子伏特。

中国新形成的这个团队中有人带领过中国科学家在中微子研究领域走向了世界领先，有人在欧洲核子研究中心发现过特殊结构的新粒子，也有人亲历过美国SSC被扼杀。这个团队里不但有很多很多从粒子物理研究各个领域逐渐集结来的中国科学家，甚至还吸引了一些相信中国未来科技实力的外国专家。

这些不同领域，不同经历，不同专长的人走到了一起，靠的不止是热血和信念，还有冷静的思考脚踏实地的研究。他们把设想中的对撞机叫做“环形正负电子对撞机”CEPC，将对撞机的所有细节都考虑了一遍，完成了一个细致的设计报告。

应该说，粒子物理学的前途是很明确的，在未来几十年细致的研究希格斯粒子的性质已是世界粒子物理学家的共识，而中国设计的对撞机几乎已是成本与效率的最优选择。在中国发布自己的希格斯粒子工厂对撞机之后，欧洲核子研究中心也发布了他们设计的希格斯粒子工厂对撞机“未来环形对撞机”FCC，然而，不出科学家的意料，欧洲的设计在一些关键指标上与中国的的设计“几乎一模一样”，因为这就是研究希格斯物理的最优解。

规划中的未来环形对撞机FCC所在位置的示意图。FCC将整个日内瓦市包围在的其中。

2020年6月，欧洲核子研究中心的公布了他们最新的发展战略，欧洲版希格斯工厂FCC被列为了最高优先级。可见，全球的粒子物理学家目前努力的方向是一致的。

然而，欧洲现在仍然在运行着他们的大型强子对撞机LHC，并且在未来二十年左右，欧洲还计划对LHC进行几次升级，这些计划会制约FCC的建设计划，而中国则有望比欧洲早十年建成希格斯粒子工厂。

投身于中国粒子物理学领域的年轻人们很多对此也非常兴奋，开始了在CEPC上的一个又一个细节里的仔细钻研。毕竟，上一代中国物理学人使得中国在基础粒子物理学领域占据了一席之地，而下一代人，则第一次有望实现对世界同行们在希格斯粒子研究领域的全面超越。

一切的研究都在按部就班的开展着，一个个难关在研究人员的努力下都在被克服着。然而，在科研之外，意想不到的情况还是到来了。

来自前辈的阻力

2016年9月，杨振宁发表了一篇文章《中国今天不宜建造超大对撞机》，将本来如其他科学研究项目一样在默默推进的CEPC研究工作一下子推到了舆论的风口浪尖。

虽然作为理论物理学家的杨振宁并未亲自参与过粒子物理学实验，而晚年的他更是已离开粒子物理学领域多年，但是他仍然如年轻时一样不看好对撞机实验的前途。尽管几十年来对撞机实验已推动了粒子物理学发展了很多很多，而自从丁肇中和里克特发现粲夸克之后，所有的标准模型中的基本粒子都是在对撞机上被发现的，但是杨先生仍然没有改变他对于对撞机前途的看法。

不过，在杨先生的这一篇文章中，他仍然对他的观点有所保留。杨先生肯定了对撞机的用途，但他站在国家经济与科技实力等方面考虑，认为中国不应“今天”建对撞机，而需等到中国经济科技条件成熟的时候再做此考虑。

然而在2019年杨先生在中国科学院的一次演讲的结尾，他则更明确和直白的表达了他对于高能粒子物理整个学科的悲观预期：在他看来，粒子物理学的“盛宴已过”。

一石激起千层浪，对撞机乃至整个高能粒子物理学的话题再一次被推向了聚光灯前台。由于杨先生在国内的粉丝众多，对撞机也再次成为一些人讨论的对象。就这样，在如今的网络年代，一场本是学术路线的分歧的争论，经过网络的发酵后成为了广大网友的谈资。甚至，有自媒体人将中国未来计划建造的对撞机以及它的建设者们描绘成了杨振宁“最后一战”的“对手”。

然而，在熟悉物理学史的人来看，这场景几乎是历史的再一次重演。

上个世纪五六十年代，从二战阴霾中走出不久的联邦德国，在经历了政权被颠覆，国家被分裂的巨变之后，又成为了冷战的桥头堡。战争伤口在经过了十几年的愈合之后，人民的生活才刚刚回归到正常的状态。而此时的德国物理学界，在经历了十年对核物理研究的封锁之后，也重新开展了对于物理学基本问题的研究，并打算夺回在基本粒子物理领域的研究优势。于是，德国的科学家们打算在德国汉堡建设电子对撞机。然而，这样先进的科学研究仪器的投入，对于战争废墟上刚重建不久的联邦德国来说，也是一笔不小的开支。于是，在电子对撞机建设的计划阶段，不出意外的，科学家们也收到了不少来自社会各界的反对声音。

但颇为让人意外的是，关于联邦德国对撞机的建设，最大的反对声来自于量子力学的奠基人，德国当年最伟大的物理学家，诺贝尔奖得主沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）。

沃纳·海森堡

如同杨振宁一样，晚年的海森堡也离开了基本粒子理论的领域。当时的海森堡的研究兴趣转向了等离子体物理等领域，并且在汉堡的正负电子对撞机建设的计划阶段表示，他认为高能物理没有前途。

在那个年代，科学家们发现了电子、中微子以及组成原子核的质子和中子，发现了将原子核组合起来的强弱核力，关于原子核的理论看起来似乎已经完备，海森堡似乎确实有理由认为高能物理已经接近了这门学科的研究极限，接下来的工作似乎也只剩下一些需要修修补补的地方。

不过，历史的车轮并不会因为来自前辈的阻力而减缓前进的速度。汉堡的正负电子对撞机依然按照计划建设了起来。仅仅过了几年之后，粒子物理的大爆发就拉开了序幕。丁肇中等人掀起的十一月革命，揭示了核子内部还有更深层次的结构，这一结果彻底的改变了高能物理理论的版图。本已淤塞在核子理论堰塞湖中的新理论像是冲破了围堰的洪水，高能物理的发展迎来了一个爆发期。

而汉堡的正负电子对撞机，也在这一轮爆发中做出了杰出的成就，它发现了强核力的传播子，也是基本模型的重要成员——胶子。虽然海森堡曾反对过对撞机，但他的理论成就仍然在粒子物理的爆发期担当了重要的基石，海森堡依然是当代基本粒子物理研究的筑路人之一。

功成名就的物理学家在他们熟知的领域作出自负的判断其实并不少见。

1927年，量子力学的另一位奠基人，马克斯·玻恩在创立了量子力学的一种形式——矩阵力学之后，曾发出过豪言壮语：“我们认知的物理学，将会在6个月内完成。”结果，大家都知道，量子力学只是打开了一扇门，门外却是一个远超出玻恩想象新世界。

1894年，曾做出迈克尔逊-莫雷实验、验证了以太不存在的阿尔伯特·迈克尔逊曾说过，“绝大多数的基础定律已经被建立，未来的物理学将只有在小数点后第六位后面去寻找。”然而，正是迈克尔逊-莫雷的实验与那些被人轻视的小数点后第六位，撬开了通往相对论的另一扇门，人类对于时空的认知也发生了本质的变化。

宇宙如此的深邃，一代一代的物理学家前赴后继，只为拨开一层一层的表象外衣，探寻真理的本质。然而，我们谁也不知道表象之下，仍有多么复杂的路途需要探索。我们只知道，探索的道路还远没有到尽头。

而希格斯粒子，目前看来是最有望撬动现有理论框架的领域之一。世界的基本粒子物理学界，正努力的准备着下一轮的大爆发的开启。

正如当年那些德国汉堡对撞机的设计者建设者一样，中国的下一代对撞机的研发也在重重困难中稳步前行着。或许，有自媒体人认为中国计划未来为研究希格斯物理而建造的对撞机是杨振宁“最后一战”的最后一个“对手”，但对于中国未来对撞机的研究者来说，杨振宁，是先驱，是同僚，是伙伴，是千万筑路人中的一员，是另一个“海森堡”，但永远不曾是对手。