驳王孟源（一）：高能物理在1974年之后真的没有任何进步吗？
粲先生
2021-01-23 10:45
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2021年1月18日，观察者网刊登了记录王孟源与《科工力量》对话的文章《王孟源：中国要崛起，基础科研需要“讲实话”》。我十分赞同该文章标题所阐述的基本观点，即基础科研需要“讲实话”。然而，作为在欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的实验上长期工作的研究人员，我很难认为王孟源自己在“讲实话”，因为他关于高能物理与对撞机的具体言论中很多的描述与我在欧洲工作中的所见所学相差甚远。
或许受制于上个世纪90年代极为不便的信息获取手段，或许其后近三十年的金融行业生涯已使其忘记了他当年的高能物理行业见闻，王孟源作为一个上个世纪90年代曾接触过高能物理的人，对于高能物理的言论仍充满了对此行业的无知与偏见，实在是让人遗憾。
显然王孟源早已对高能物理领域不再熟悉了，做不到对这一领域进行事实描述。我远没有退休在家的王孟源涉猎广泛，但是对于自己熟悉的工作领域，我还是有自信能解读和阐述本领域的基本状况。
王孟源作为一个已离开物理学研究多年的外行人士，没能捕捉到这一领域的进展状况，或许也因为中国的高能物理从业者们太过专注于科学研究，而没能做好科普，因此我希望借此机会向公众，也向王孟源介绍一下当代高能物理领域的基本事实。
在与《科工力量》对话的文章中，王孟源表示：
高能物理在标准模型完成的1974年之后，到现在46年根本没有任何进步。
然而，真相远非如此。
事实是，过去的半个世纪，高能物理学领域研究相当活跃，硕果累累。
在1974年，物理学家们基于很多先前的实验结果，系统化地提出了一套基本粒子所遵守的规则的假设，这就是标准模型。但是模型本身在提出时仅有框架，其实还有大量的参数没有被确定，而这些参数的确定不能凭空想来，需要踏实的实验测量。这些参数测量的工作量巨大，以至于至今标准模型这一理论的建立仍然不能说是“完成”了。这就像是没有对光速进行精确测量的相对论，或是没有对引力常量进行精确测量的万有引力公式，是不完备的。
而愈加精确的实验测量，则是检验理论成功与否的最重要的途径。这是科学发展的必然规律，历史已多次证明了这一点。
亚里士多德认为，运动的物体必须有最初的原因或一定有不断地推动者，这一结论现在看虽然荒谬，但却是基于当时对于粗糙环境中的现实的观测所得出的。
到伽利略牛顿时代，由于技术的进步，可以制作出摩檫力很小的实验条件，更为精确的实验测量使得当年的科学家们可以总结得出牛顿第一定律（惯性定律），于是理论便产生了巨大的进步。
早在十七世纪，人们已通过观测木星卫星、旋转齿轮等方法测量了大致的光速。然而，只有当十九世纪后期，迈克尔逊、莫雷通过光的干涉将光速的测量精度精度推进到万分之一之后，人类才意识到宇宙中并没有充斥着以太，而相对论也以此为基础实现了理论的巨大跨越。
甚至是标准模型的诞生本身，也是基于一系列精确测量的实验的结果，这其中就包括丁肇中、里克特在1974年发现了粲夸克粒子并证实了夸克的存在的实验。
同样，标准模型理论若想发展，精确的测量仍然必不可少。
这里我举一个我自己亲身参与的领域中关于标准模型中几个参数的测量的例子。在标准模型中，一些粒子衰变的强度可以经过一系列运算之后表征为三个相加之和为180度的角度。因此，这三个角度就能在平面上画成一个三角形，高能物理学家们把这个三角形称作“幺正三角形”。下面几张图就是最近十五年来科学家对于幺正三角形的认知的发展。
科学家最近十五年对于幺正三角形测量的发展历史。四张图分别是科学家在2006年（左上）、2008年（右上）、2012年（左下）与2019年（右下）对于幺正三角形的认知，每一种不同颜色的色块表示一直不同的测量途径。如果标准模型完美成立，所有的测量途径的色块都应该在三角形最上面的顶点上重合。
在图中，每一种不同颜色的色块都表示一种不同的实验测量途径测量出的结果，色块越细表示测量越精准。如果标准模型完美成立，所有的测量途径的色块都应该在三角形最上面的顶点上重合。换言之，一旦发现不同测量途径得出的结论不一致（也就是测得的三角形三角之和不等于180度），就会有新的理论来解释这一现象，标准模型就会被突破、被发展。
可以看出，2006年与2019年科学家对幺正三角形的认知精度已有了天壤之别。2006年以前，各种实验测量途径得到的误差几乎覆盖了整个平面空间，2006年，科学家已可以勉强把各种测量手段的测量结果画在同一个平面上了，但各种实验手段测量出来的幺正三角形的上顶点的位置仍可能在一个相当宽阔的区域，也就是说仍有相当大的误差。
而到了2019年，积累的实验数据已能将幺正三角形的上顶点限制在很小的区域，甚至，有轻微的迹象表征不同测量途径测得的结果可能并不真正重合（如图中灰黄色色块与橘黄色色块并不完全重合在幺正三角形的上顶点）。
随着测量精度的不断提升，科学家未来将会逐渐有能力验证幺正三角形是否真的成立。越精确，才越有机会发现标准模型的软肋，继而突破标准模型产生新理论，倘若真有一天发现确实不成立，那便是标准模型再度被突破之日，便是人类对自然规律的认知进步之日。
而这些测量数据，都来自美国（BaBar）日本（Belle）和欧洲（LHCb）过去和现在所建造的对撞机实验。
上面的例子只是发生在1974年之后的无数的验证和挑战标准模型的实验测量之一，是我个人的专业领域。事实上，世界上有上万名粒子物理学家，他们中的很多人都在各自不同的领域进行着研究。标准模型的内容正在一点一点地被填充，也正在一点一点的被挑战着。
并且，在很多领域，标准模型已被证明是有缺陷的。
比如，中微子振荡就是标准模型所不允许的。
2020年12月12日，中国的服役近十年的大亚湾中微子实验正式退役。而这个实验最杰出的成果就是在2012年发现了中微子的第三种振荡模式。这个成果也入选《科学》杂志评选的2012年度十大科学突破。
退役仪式上的大亚湾中微子实验探测器
这是中国的科学实验第一次直接挑战了标准模型，再一次证明了标准模型的不完备性。
再比如说，标准模型建立之时的1974年，科学家们只发现了由两个夸克或者三个夸克组成的粒子。但是，在进入新世纪之后，在日本的Belle对撞机实验上，在中国的北京正负电子对撞机北京谱仪实验上，在欧洲大型强子对撞机LHCb实验上，陆续发现了好几个四夸克粒子和五夸克粒子。这些发现对于人类对物质组成的认知也是一次革命。
再比如说，标准模型建立之时的1974年，科学家们只发现了四种夸克，而第五种和第六种夸克是分别在1977年和1995年被发现的。这两种夸克改变了标准模型的版图。
更不用说在2012年发现的希格斯粒子。这个发现使得希格斯机制不再是空中楼阁，这个实验结果的对于希格斯机制的意义就好比水星近日点进动的观测对于爱因斯坦相对论的意义，使得空悬的理论得以证实，这当然是高能物理的进步。
现在科学家们所认知的高能物理与1974年人们所认知的高能物理已有了翻天覆地般的不同。几代人踏踏实实的努力不能被王孟源轻描淡写的几个字“没有任何进步”而否定。
不积跬步无以至千里，王孟源狭隘地认为只有像牛顿力学建立、相对论建立、标准模型建立这种进步才叫进步，却不能看到这些体系建立背后从量变到质变的积累过程。吃十个包子吃到饱，不能说前九个包子都没有意义。而王孟源反对在某个方向上做研究，或者非要等到出现他认为的理论的“重大进步”之后再考虑研究，就是在阻止现在吃前九个包子，非要等到“饱了”以后再去考虑吃前九个包子，是因果倒置的想法。
科学发展不能建立在空中楼阁之上，必须脚踏实地一步一个脚印。王孟源虽自己在大谈反对“假大空”，但他自己的这种好高骛远不切实际的态度显然却是“假大空”的体现，是不能被接受的。
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