粒子物理学的当代转向

乔笑斐 路昊明

摘 要 自20世纪60年代以来，世界各国的每一代大型粒子加速器都伴随着漫长的争论过程。然而，不应简单地将中国当前的CEPC-SPPC争论看作是过往争论的延续，而需要将其纳入到粒子物理学整体的发展进程中去把握。冷战后期以来，粒子物理学似乎“盛宴已过”，争议与困境层出不穷。而关于加速器的争论，实际上也是物理学整体发展困境的缩影。两大标准模型形成后，物理学研究的对象和方式发生了根本性的变化，希格斯粒子和引力波的发现标志着传统科学范式取得了极大的成功，同时却又存在很多传统范式无法解释的现象，实验检验跟不上理论的发展，新的理论范式争议颇多，物理学的发展大大放缓了。

关键词 粒子物理学 加速器 科学争论

中图分类号 N09∶O57

文献标识码 A

收稿日期：2021-11-15

作者简介：乔笑斐，1989年生，男，山西昔阳人，山西大学科学技术史研究所副教授，研究方向为物理学哲学、物理学史。Email： qxf@sxu.edu.cn;路昊明，1997年生，男，河南平顶山人，山西大学科学技术史研究所硕士研究生，研究方向为物理学史。Email： luhaoming1997@163.com。

基金项目：国家社科基金重大项目“当代量子论与新科学哲学的兴起”（项目编号：16ZDA113）;国家社科基金重大项目“当代量子诠释学研究”（项目编号：192DA038）。

粒子物理学是基础科学的重要分支，代表了人类探索物质世界的最前沿，其发现和成果占据了自20世纪60年代以来约1/3的诺贝尔物理学奖。标准模型的建立和希格斯粒子的发现分别代表了20和21世纪的物理学重大成就，也是粒子物理学史上重要的标志性事件。尽管粒子物理学取得了辉煌的成就，但粒子加速器作为发现和研究基本粒子的重要工具却往往因为高昂的造价而引发诸多争论。

当前最具争议的加速器计划是中国提出的环形正负电子对撞机（CEPC）和超级质子-质子对撞机（SPPC）项目，在杨振宁、王贻芳等众多科学家的积极参与下，此次争论成为了我国近年来颇具影响力的科学争论。如果建造完成，这将是中国乃至全球最大的粒子加速器。然而，这场争论的意義已经不仅限于项目本身，更充分揭示了当今粒子物理学的一系列时代特点。想要充分理解此次争论，就有必要从科学史的角度进行全面把握。

一 CEPC-SPPC争论简述

2012年7月，欧洲核子研究组织（CERN）宣布发现希格斯粒子。2013年9月，中国科学院高能物理研究所在北京承办了CEPC-SPPC项目启动会，时任清华大学高能物理研究中心主任的高原宁当选CEPC机构委员会主席，高能所所长王贻芳被选为执行委员会主席。2015年3月，CEPC《初步概念设计报告》发布。CEPC是预期能量250 GeV的希格斯工厂，目标是精确测量希格斯粒子的性质，造价为360亿人民币。未来可在使用同一隧道的基础上，建造预期能量和成本达到100 TeV和1000亿人民币的SPPC，致力于寻找超越标准模型的新粒子和新物理现象。

2016年9月4日，杨振宁发表文章《中国今天不宜建造超大对撞机》，旗帜鲜明地表达了反对中国建造大型对撞机的立场。次日，王贻芳作为新加速器项目的领导者之一，随即对杨振宁进行了公开回应。至此，这场加速器争论公开化。杨振宁作为我国最负盛名的科学家，他的表态使得这场加速器争论迅速得到社会各界的广泛关注，王贻芳的参与则使得这场“战争”正式打响。双方主要观点见表1[1，2]。

2016年10月2日，由马宏、韩涛等33位在美华人物理学家联名撰写的文章《中国建造希格斯工厂的黄金机遇》正式发布。10月18日，主题为“高能环形正负电子对撞机——中国发起的大型国际科学实验”的第572次香山科学会议学术讨论会在北京召开，我国的40多位高能物理和加速器领域的专家学者出席会议。

在这段时间里，还有谢尔登·格拉肖（Sheldon Glashow）、斯蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）、菲利普·安德森（Philip Anderson）、戴维·格罗斯（David Gross）、爱德华·威滕（Edward Witten）、丘成桐、戴自海、何祚庥、曹天予、侯维恕、许岑珂、何小刚、叶军、娄辛丑、唐靖宇、吴为民、袁岚峰等众多知名学者在文章或采访中表达了支持或反对意见。《新京报》《人民日报》和新华社等主流媒体和新闻机构都对此事发表了评论，也有许多中国网友积极在互联网社交领域参与了讨论，此次争论成为了我国近年来最具影响力的科学争论之一。

想要充分理解此次争论，就需要将该问题纳入粒子物理学整体的发展进程中去全面考察。从科学史的角度来看，粒子物理学的发展可以分为多个阶段，厘清其中的联系与区别是十分必要的。如果脱离大的时代背景，就很容易将此次争论与以往的加速器争论进行简单类比，得出的结论自然也是与时代脱节的。基于粒子物理学在不同历史时期的理论成就、实验进展和加速器规格，可以大致划分为探索时期、黄金时期和再探索时期，下文将对不同时期的时代特点、发展脉络进行归纳与总结。

二 粒子物理探索时期与黄金时期

1.探索时期：1930—1949

对亚原子结构的早期研究主要是在量子力学、原子物理学和核物理学的影响下进行的，加速器已经诞生但并不实用，理论与实验较不明确，粒子物理学在摸索中缓慢前进。此时期的粒子物理学主要事件详见表2。

1.1 实验限制

此时期的粒子加速器以欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）发明的回旋加速器为主流，但由于回旋加速器中的粒子质量会因相对论效应而增加，进而导致粒子运动周期与交变电压周期无法匹配，从而限制了能量的进一步提高[3]。因此，20世纪50年代以前的粒子加速器主要被用于寻找同位素、放射性治疗和核物理研究，比如伯克利实验室（Berkeley Lab）建成的37英寸回旋加速器在战时被用作巨型同位素质谱仪，旨在为原子弹提供更多的浓缩铀。而对于新粒子的研究则只能从充满随机性和不确定性的宇宙射线中入手，再借助云雾室、核乳胶等径迹探测器对粒子的性质进行分析和计算，其结果往往难以重复检验。9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472

1.2 理论限制

此时期的亚原子理论前景尚未明朗，实验经常走在理论的前面，许多基础概念还未达成共识。1936年发现的μ子曾在很长的时间内被认为是汤川秀树提出的介子，因而一度被命名为“μ介子”。但在后续的研究中发现“μ介子”根本不参与强相互作用，它是质量远重于电子但性质与电子相似的轻子，因此又改名为μ子，被预言的π介子直到1947年被发现。

一方面，粒子物理学的进一步发展必然需要更稳定、更强大、可以大量产生基本粒子的新一代加速器，自动稳相原理的提出为此后采用调频方法的同步加速器奠定了基础。另一方面，虽然已发现的新粒子正在逐步增多，但却无法对基本粒子和复合粒子进行有效的区分，许多强子一度被认为是基本粒子，粒子物理学亟需新理论的出现。

2. 黄金时期：1950—1985

第二次世界大战结束后，粒子物理学逐渐从核物理学中独立出来，成为一门以基本粒子为主要研究对象的前沿学科。粒子物理学在这三十余年间取得了非凡的成就，标准模型成为物理学史上最精确的理论之一，加速器的能量创造了惊人的TeV级，理论与实验都达到了前所未有的精确度与正确性。此时期的粒子物理学主要事件详见表3。

2.1 理论引导实验

随着气泡室、火花室等粒子探测器在20世纪50年代取得的技术进步，大量不稳定的新粒子被发现，如何对庞杂的粒子进行合理的分类成为难题。20世纪60年代中期，默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）等人提出的夸克模型较好地解决了这一问题。此外，S矩阵、部分子模型等理论也在此时期颇具影响。20世纪70年代，电弱理论、量子色动力学等理论共同组成了标准模型，为尚未发现的基本粒子做出了精确预言。J/ψ介子、W±和Z0玻色子的发现是其中的代表性事件，实验不仅找到了预言中的新粒子，同时也为理论的正确性做出了验证。

2.2 加速器巨大化

20世纪50年代以来，粒子加速器的规模迅速巨大化，其成本从百万美元提升至数亿美元，Cosmotron、Bevatron、SLAC Linac、Fermilab Main Ring、SPS、Tevatron等大型加速器相继建成并屡次创造能量新高。多個国际著名的加速器实验室相继成立，例如美国的布鲁克海文国家实验室（BNL）、斯坦福直线加速器中心（SLAC）和费米国家加速器实验室（Fermilab），欧洲的CERN、德国的DESY和苏联杜布纳联合原子核研究所（JINR）等等。代表全球最高能量的历代加速器详见表4。在我国，中国科学院高能物理研究所于1973年成立，1988年建成的北京正负电子对撞机（BEPC）是我国的第一台高能加速器。

伴随着对撞机等新型设计的出现和超导磁体等相关技术的进步，以及夸克模型、标准模型等理论的有效指导，实验得以目标明确地寻找预言中的众多新粒子。事实上，在规范玻色子W±和Z0于1983年被发现以后，标准模型预言的61种基本粒子中的68种已经找到，最后3种的发现似乎也只是时间问题顶夸克、τ中微子（vt）和希格斯粒子分别于1995、2000和2012年被找到。，人类对于基本粒子的探寻已经基本完成。粒子物理学进入了全新的再探索时期。

三 粒子物理再探索时期

在经历了黄金时期的快速发展以后，理论与实验再次进入了较不明确的状态，出现了诸多新的时代特点，1985年以来的粒子物理学进入了再探索时期。首先，新理论虽然层出不穷但大多无法对实验做出有效指导，部分新理论所要求的能级已经远远超出现有加速器技术的极限，科学共同体内部争论不断。其次，议题的范围和受众持续扩大，科学与社会的互动关系愈趋明显。同时，尽管在此时期仍取得了一些成就，例如日本超级神冈探测器（Super-K）观测到大气中微子振荡和加拿大萨德伯里实验（SNO）发现了太阳中微子味道转变的现象，还有顶夸克和希格斯粒子的发现等等，但与20世纪六七十年代相比，粒子物理学的发展速度已经明显放缓，凝聚态物理学和宇宙学等研究领域取得了较大进展。

1.争论常态化

1980年，弗吉尼亚理工大学举办了一场主题为“高能物理的未来”的学术会议，与会者包括温伯格、格拉肖、佩尔、罗伯特·马沙克（Robert Marshak）、费扎·格西（Feza Gürsey）、南部阳一郎、杨振宁、李政道等人，杨振宁在会上表示，“在未来的十年，高能物理界最大的发现就是——The partys over”[8]，盛宴已过。许多物理学家反对杨振宁的观点，会议最终不欢而散。后来，因DIS实验而获诺贝尔物理学奖的亨利·肯德尔（Henry Kendall）也表示：“标准模型如此惊人的成功让人感到沮丧，已经没有什么可做的了。”[9]在标准模型以后，粒子物理学应当何去何从？这在科学共同体内部存在广泛争论，具体体现在以下几个方面。

1.1 理论困境

虽然标准模型还存在一些遗留问题，比如中微子的质量之谜、重子不对称性、量子引力、暗物质和暗能量等等，但是种种超越标准模型的尝试都陷入了失败或无法验证的境地。三十多年来，理论家们至少提出了十多个方法，例如拟色、前子模型、超对称性、额外维度、扭量理论、因果集、超引力、动力三角化等等[10]，这些方法都从一个令人信服的假定出发，虽然对传统的科学观念构成了极大的挑战，但理论的正确性却很难通过实验给出确认。以超对称为例，如果它确实存在，基本粒子的数目至少将会翻倍，我们将会看到超电子、超夸克、超中微子、胶微子、光微子、W微子、Z微子等许多新粒子[11]，但至今一无所获。

两次超弦革命一度引发了研究超弦理论的浪潮，优美而和谐的数学框架令人着迷，但其给出的预言则大多无法通过实验来验证。正如温伯格所说，“弦论至今并没有满足人们在1980年代对它抱有的太大期望”[12]。皮特·沃伊特（Peter Woit）将泡利的名言“not even wrong”作为书名，以讽刺弦论“连错误都算不上”。李·斯莫林（Lee Smolin）从背景独立、对偶猜想和宇宙学常数三个角度对弦论进行了严厉的技术性批判，并将弦论的崛起与物理学的衰落联系在一起，尽管他所代表的圈量子引力理论所遇到的问题并不比弦论更少。9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472

理论无法再像黄金时期那样对实验做出有效指导，现有的加速器技术远远无法达到一些新理论所要求的能级。“沙漠假说”似乎正在被印证——在当前能够达到的TeV尺度（103 GeV）和普朗克标度（1019 GeV）之间不存在新的物理现象[13]，即使超对称存在，也至少要达到1016 GeV才有可能有新的发现[14]，理论和实验从未如此远离。

1.2 还原论困境

“还原论不是研究纲领的指南，而是对自然本身的态度。科学原理之所以那样是因为更深层的原理，而所有那些原理都能追溯到一组简单连通的定律，接近那些定律的最佳途径似乎就是通过基本粒子物理学。”[15]温伯格将20世纪称作还原论获胜的世纪。从常见的化学反应到生物学的遗传机制，许多现象都可以从微观层面进行解读，因此粒子物理学被认为是最基础的学科之一。在美国，这种基于还原论的基础性使得粒子物理学在长期的科研资金分配中占据优先地位，一些其他学科的经费则受到严重挤压，这是1987年国会听证会的主要论题之一。

凝聚态物理学家安德森等人支持的涌现论是对还原论的有力回击，他们认为物理世界是一个由大体上相互独立的层次构成的等级结构[16]，当我们沿复杂性的阶梯拾级而上时，随着系统复杂性的增加，对称性不断降低，因此在每一级阶梯上都需要有全新的概念构架[17]，粒子物理学并不比其他任何学科更基础。伊利亚·普里高津（Ilya Prigogine）和罗伯特·劳克林（Robert Laughlin）也分别在《确定性的终结》和《不同的宇宙》中对还原论进行了批判。

一方面，还原论作为过去三个世纪以来西方科学思想的主要倾向[18]，已经遭到了越来越多的质疑。另一方面，如果进一步还原，真正的基础究竟是什么？是普朗克标度上的弦吗？亦或是在普朗克标度之下量子化的空间？我们没有答案。

1.3 加速器困境

除了资金和应用转化等常见问题以外，加速器如今还面临着技术创新问题。如果想要将加速器的能量达到更高数量级，其失败的代价将不再是可以承受的。从CERN在2020年发布的《欧洲粒子物理学战略》详见https：//home.cern/news/news/physics/particle-physicists-update-strategy-future-field-europe。来看，这是一个相当保守的计划，并没有给人太大的惊喜。

首先，在具体的科学研究目标中，将近期和长远的研究都主要放在希格斯粒子家族的研究上，提到了可能会发现暗物质粒子，但是没有超对称。实际上，在发现希格斯粒子之后，LHC在其能达到的所有能量区域内对超对称粒子进行了地毯式的搜索，但是一无所获，加上各种质疑超对称的声音，科学家普遍对超对称粒子的预期大大降低了。

其次，由于大型加速器的投入非常巨大，动辄上百亿美元，寻求国际合作是必然的趋势。但是，在该战略报告中，既提到要加大国际合作，同时又强调欧洲的领导地位，重点还是强调CERN和欧洲各大实验室之间的深度合作，这本身就是矛盾的。而且，其中提到会继续与日本和美国进行合作，并没有提到中国，在美中贸易战的大背景下，中国要想在高能物理领域与欧美日开展深度的合作实际上是很困难的。

最后，在具体方案中，短期的目标仍然是升级LHC，长期目标是建设新的电子-正电子对撞机，不仅没有将超越标准模型放在首位，还将新的对撞机放到2038年之后，且很可能遥遥无期，这对高能物理来说实际上是一个悲观的信号。

2.议题扩大化

一方面，黄金时期的加速器争论大多围绕项目的科学价值与建造成本展开，而自SSC以来的争论议题则往往更加复杂化和多元化。很多支持者往往强调加速器带来的社会效益、经济效应和国家地位，但基础科学研究的目标一直都是研究自然本身，为了得到资助过分强调提升经济回报实际上会带来很多麻烦，这加剧了议题范围的扩大化。另一方面，项目支持者不仅积极争取国家投入，还较为注重于获得社会公众领域的舆论支持，这体现了议题受众的扩大化。一种以获取项目支持为导向、面向广大普通读者的粒子物理学科普已经悄然产生。

在争论开始之前，格罗斯和威滕就曾在2015年9月发表文章《中国科学的巨大跨越》，表达了对中国加速器项目的支持与肯定，他们认为该装置具有深远的意义，除了科学价值本身以外，還能够吸引来自世界各国的科学家和工程师，中国正在成为粒子物理及相关技术领域的下一代领导者[19]。10月，华人数学家丘成桐和科普作家史蒂夫·纳迪斯（Steve Nadis）合著出版了书籍《从万里长城到巨型对撞机》，该书将对撞机与万里长城相类比，首先对粒子加速器的发展史和希格斯粒子的发现过程进行了科普，然后对CEPC-SPPC项目给予了高度评价，主要理由是其具有超越标准模型、探索新物理的能力，它有可能实现一系列重要突破：更好地了解希格斯粒子和希格斯场，探寻超对称粒子、额外维度、复合希格斯粒子，揭示暗物质、反物质问题[20]，并依次向读者详细地解释每一个术语的内涵与意义。与中国以往的大型科学项目相比，此等规模的宣传和造势是前所未有的。

粒子物理学是人类认知物质世界的最前沿领域之一，与人们的日常生活往往相去甚远，公众有权利知道项目的意义是什么，也有权利表达自己的看法和见解，适当的科普是非常有益的。但是，科普的过程中应当做到客观化、理性化，切忌为了博得关注而夸大科学价值，甚至做出夸张的承诺和断言。举例而言，希格斯粒子曾在很长的时间里被称作“上帝粒子”，这个名称引起了公众的广泛关注，但多数物理学家却认为这个名称是不合适的，因为它过于夸张且容易造成误解。在2008年的《卫报》采访中，希格斯曾明确表示对“上帝粒子”的厌恶：“（这个名字）令我感到尴尬……我认为这是对术语的一种误用。”[21]在此次中国的争论中，也有类似的情况出现，项目的支持者曾多次强调CEPC-SPPC与中国成为全球科学领导者之间的必然联系。那么，我们不禁发问：假设新对撞机建成，中国就能成为国际科学中心吗？对于建成科技强国，对撞机是必不可少的吗？9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472

3.选择多样化

1993年的美国国会听证会上，Freedom空间站成为德克萨斯州被支持的大科学项目，即后来的国际空间站项目，SSC成为弃子。时至今日，美国仍然没有启动任何的大型加速器计划。中国虽然对BEPC进行过大范围升级改造，但也未曾建造能量达到更高数量级的大型加速器。大科学时代并没有终结，但以极高能量为目标的大型加速器已不再是资金投入的最优选择。近25年来，全球主要的大型科学项目详见表5。

21世纪以来，世界各国持续提高科学投入，积极参与国际科学合作，在众多科学领域取得了突破性进展。一方面，粒子物理学的脚步虽然慢下来了，但还有许多领域正在高速发展着。安德森在总结20世纪末的科学进程时曾表示：“基础物理中仍有许多激动人心的问题不会随着SSC和类似大型项目死去。例如，大天体物理科学看起来会是今后数十年的潮流，而基础凝聚态物理则是充满了问题。”[22]这并不是说大型加速器就没有价值，只是与过去相比，如今我们拥有了更多的选择。另一方面，即使不依托大型加速器，诸多非加速器类粒子物理研究也取得了十分令人瞩目的成就，例如以高海拔宇宙线实验（LHAASO）为代表的地面宇宙线实验，以阿尔法磁谱仪（AMS-02）为代表的空间暗物质实验，以及地下暗物质和中微子类实验等等，这展现了粒子物理研究路径的多样性。

四 当代粒子物理困境浅析

1. 时代总评

关于加速器的争论，实际上是物理学整体发展困境的缩影。粒子物理学和宇宙学的两个标准模型形成后，随着希格斯粒子和引力波的发现，实验进一步证实了量子力学和广义相对论的真理性，但与此同时，仍然存在诸如暗物质、暗能量等大量现有的两个标准模型不能解释的问题。两个标准模型之后，物理学研究的对象和方式都发生了根本性的变化。人类对自然界的探索开始从夸克尺度迈向普朗克标度，从可观测宇宙迈向整个宇宙的演化，科学探求的范围深入到了物质世界最深层的基本结构，基础物理学正面临着极大的困境和挑战，其直接表现在两个方面：首先，基础物理学的研究范围扩展到了普朗克标度和整个宇宙，一切我们所熟悉的规律都有可能不再适用，所研究问题的困难程度远远超过了之前的任何时期。其次，以经验主义为核心的传统科学方法越来越难以支撑科学理论的发展，经验证据严重缺乏，至今人们也没有发现量子论和相对论相互作用的实验证据，甚至有的人开始对量子引力理论的科学性产生了怀疑。

所有困难的根源都可以归结为实验检验跟不上理论的发展，无法对理论给出直接的验证。用工具论的观点看，目前暂时没有明确的实验证据与相对论或量子论冲突，科学理论作为预测工具，只要和实验证据符合就可以了，统一广义相对论和量子论似乎只是人为制造的困难。但是，科学理论实际并不只满足于预测和描述实验现象，更在于对我们所生活的真实世界的实在性质给出深层次的解释和描述，秉持一种狭隘的工具论观点是不明智的。随着技术的发展和认识的深入，人们对现象世界的认识也在不断深入，现在看来无法检验的理论和假设很有可能在将来以一种全新的验证方式或标准得到检验。此时的情形非常类似于20世纪初，一方面，传统科学范式取得了极大的成功，我们似乎抓住了部分真理。另一方面，同时存在很多传统范式无法解释的现象。巨大的困难对物理学的直接影响就是物理学的发展大大放缓了，尽管超弦理论和圈量子引力有了很大的发展，但是本质上仍是未经验证的理论假设，没有了理论的指引，实验也陷入了很大的困境，人们不知道下一步实验的方向，因此就产生了对是否值得花费巨大代价建造加速器的怀疑。

20世纪的物理学发展太快、成果太多，一代物理学家陷入了严重的路径依赖，他们的知识和能力被限制在了统一理论的框架下。我们不得不反思现在的以统一为终极目的的物理学研究范式。统一真的必要吗？黑洞和宇宙诞生离我们太遥远了，这可能是个长期的过程，可能还需要好几代物理学家的努力才能取得进一步的发展。是否应该反思改变当下的范式？追求统一是否如19世纪寻找以太一样是一个虚幻的梦想？最大的问题在于，不论理论如何发展，都根本上依赖于我们对自然现象数据进行处理的工具。牛顿的科学革命之所以爆发，很大程度上依赖于当时实验手段的极大进步。

现在，我们所要研究的领域需要极高的能量，但这些能量的获取超出了目前地球资源和人类工程技术的极限。在某种程度上，标准模型已经是我们已知能级范围内的封闭理论。所谓的封闭理论是指，在一定的范围内已经是理论可完善的极限，不能再通过微小的调整而得到本质的改善，新的创新发展已经走到尽头，并注定在其目标领域长期保持有效和不变。要发展新的理论范式，首先要扩展我们的检测范围。但是，沿着傳统的路线，加速器是最好的手段，我们可以在加速器中制造大量的高能粒子事件，然后分析它们的模式，并用于指导理论的发展。但是，量子引力的研究尺度在普朗克标度，远远超出了现在加速器的范围，可以肯定地说量子引力理论是不可能直接验证的。至于超对称、暗物质粒子、额外维度虽然可能在对撞机中验证，但是经过大量的搜寻没有任何结果，进一步提高能量验证它们的可能性已经很小了。

2.现实问题

新一代对撞机有助于提升中国在世界科学中的地位，这一点毋庸置疑，但距离“国际科学中心”仍然遥远。在惊叹欧洲取代美国成为全球粒子物理学中心的同时，不要忘记在二战开始前，欧洲就已经是原子物理学和量子力学的中心，这两者与粒子物理学的密切联系是不言自明的。事实上，截至1951年，共有45位诺贝尔物理学奖得主是欧洲籍，来自美国的只有9位9位当中还有3位是美欧双重国籍，分别是：阿尔伯特·迈克耳逊（1907年得主，美国、波兰双重国籍）、奥托·施特恩（1943年得主，美国、德国双重国籍）和伊西多·拉比（1944年得主，美国、波兰双重国籍）。。再者，虽然LHC是2008年建成的，但欧洲早在1928年就由罗尔夫·维德罗（Rolf Widere）建造了世界上第一台成功运行的直线加速器，维德罗的论文后来还为劳伦斯的回旋加速器奠定了基础[23]。在剑桥大学卡文迪许实验室建成的科克罗夫特-沃尔顿加速器于1932年首次实现锂原子的人工核嬗变，这使得英国物理学家约翰·科克罗夫特（John Cockcroft）和爱尔兰物理学家欧内斯特·沃尔顿（Ernest Walton）获得了诺贝尔物理学奖，后来的全球第一台环形正负电子对撞机AdA同样来自欧洲[24]。而CERN于1954年成立的初衷之一，就是重新取得欧洲自二战前在物理学领域的领先地位。9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472

从1957年建成的SC即600 MeV同步回旋加速器，它是CERN的第一台粒子加速器。，到1959年建成的PS，再到ISR、SPS与SppS、LEP等一系列加速器，以及包括PS Booster、AD、ELENA、LEIR、HIE-ISOLDE、CLEAR、Linac3和Linac4在内的CERN加速器体系，欧洲取代美国成为全球粒子物理学中心的直接原因看似是SSC的终止和LHC的成功，但根本的原因在于长达半个多世纪的经验积累、人才培养和制度完善，绝非是一蹴而就的。中国的粒子物理学虽然已经取得了长足进步，未来也有可能取代欧洲成为新的中心，但不应该简单地认为通过一台新加速器就能够实现。此外，在通往科技强国的路上，我国还有太多比对撞机更加紧迫、亟待解决的“卡脖子”问题，这也是中国对撞机争论与欧美当年的SSC和LHC争论的不同之处。

五 结语

自20世纪60年代以来，欧美各国的加速器争论可谓屡见不鲜，几乎每一代大型加速器的立项都伴随着漫长的讨论过程，许多历史上的争论观点在今天的中国加速器争论中依然适用。但是，不应简单地将中国当前的CEPC-SPPC争论看作是过往争论的延续，在如今的再探索时期，粒子物理学的发展已经有了许多新的特征，这些容易被忽视的时代特点恰恰是充分理解当前争论的关键所在。

CEPC-SPPC建造与否目前尚无定论，但无论结果如何，此次争论本身就是一种进步的体现，正如高原宁所说“科学精神想在中国落地的话，这样的练习过程必不可少”，公众也需要一个机会，参与到公共讨论之中[25]。大科学装置对一个国家的科学进程和教育、经济等方面的影响往往是巨大的，应以理性的眼光客观且全面地看待，我们期待中国科学的长远进步。

参考文献

[1] 杨振宁. 中国今天不宜建造超大对撞机[J]. 科学文化评论， 2016， 13（5）： 18—19.

[2] 王贻芳. 中国今天应该建造大型对撞机[J]. 科学文化评论， 2016， 13（5）： 20—27.

[3] 陈思富， 黄子平， 石金水. 带电粒子加速器的基本类型及其技术实现[J]. 强激光与粒子束， 2020， 32（4）： 5—21.

[4] 张礼. 高能电子深度非弹性散射研究1990年诺贝尔物理奖简介[J]. 大学物理， 1991，（4）： 1—5， 24—7.

[5] 何红建. 质量起源与上帝粒子的革命[J]. 科学， 2012， 64（5）： 4—10.

[6] Fritzsch H， Gell-Mann M， Leutwyler H. Advantages of the color octet gluon picture[J]. Physics Letters B， 1973， 47（4）： 365—368.

[7] Kobayashi M， Maskawa T. CP-violation in the renormalizable theory of weak interaction[J]. Progress of theoretical physics， 1973， 49（2）： 652—657.

[8] Tye Henry. Supplement to the “Giant Collider in China” debate： Background on Prof. C. N. Yangs opinion on high-energy physics[J]. International Journal of Modern Physics A， 2016， 31（30）： 56.

[9] Lubkin G. Friedman， Kendall and Taylor win Nobel Prize for first quark evidence[J]. Physics Today， 1991， 44（1）： 17—20.

[10] 李·斯莫林. 物理學的困惑[M]. 李泳译. 长沙： 湖南科学技术出版社， 2018. 18.

[11] 布莱恩·格林. 宇宙的结构[M]. 刘茗引译. 长沙： 湖南科学技术出版社， 2018. 513.

[12] 斯蒂芬·温伯格， 曹则贤. 关于自然本身[J]. 现代物理知识， 2019， 31（1）： 66—70.

[13] Haber H. Low-energy supersymmetry： prospects and challenges[A]. Valle. J， Ferrer A.  Elementary Particle Physics： Present And Future-Proceedings Of The International Workshop[C]. Singapore： World Scientific， 1996. 263.

[14] 何祚庥. 对中国是否要建大型对撞机的几点意见[J]. 科学文化评论， 2017， 14（1）： 95—101.

[15] 斯蒂芬·温伯格. 终极理论之梦[M]. 李泳译. 长沙： 湖南科学技术出版社， 2018. 47—51.

[16] 曹天予. 丘-杨分歧及其语境 对撞机的价值与利益集团的游说[J]. 科学文化评论， 2016， 13（5）： 34—40.

[17] 郝刘祥. 现代科学中的还原论与整体论[J]. 科学文化评论， 2008， 5（6）： 84—91.

[18] 保罗·戴维斯. 上帝与新物理学[M]. 徐培译. 长沙： 湖南科学技术出版社， 2018. 79—80.

[19] Gross D， Witten E. Chinas Great Scientific Leap Forward[N]. The Wall Street Journal， 2015-09-25： 17.9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472

[20] 丘成桐， 史蒂夫·納迪斯. 从万里长城到巨型对撞机： 中国探索宇宙最深层奥秘的前景[M]. 鲜于中之， 何红建译. 北京： 电子工业出版社， 2016. 88—108， 162—169.

[21] Randerson J. Father of the ‘God Particle[N]. The Guardian， 2008-06-29.

[22] Anderson P， 曹则贤. 20世纪物理学的历史概述[J]. 科技中国， 2016，（12）： 99—108.

[23] Marton L， Marton C. Advances in Electronics and Electron Physics， Volume 50[M]. New York： Academic Press， 1980. 24—25.

[24] Bernardini C. AdA： The first electron-positron collider[J]. Physics in Perspective， 2004， 6（2）： 156—183.

[25] 李斐然. 王贻芳： 与反对共存[J]. 人物， 2020，（10）： 43—62.

A Contemporary Turn in Particle Physics

A brief analysis of the historical background and dilemma of the times of the CEPC-SPPC debate in China

QIAO Xiaofei，LU Haoming

Abstract： Since the 1960s， each generation of large particle accelerators in countries around the world has been accompanied by a long process of debate. However， the current CEPC-SPPC debate in China should not simply be viewed as a continuation of past debates， but should be understood as part of the overall development of particle physics. Since the late Cold War， particle physics seems to be “The partys over”， and disputes and dilemmas have emerged one after another. And the debate about accelerators is actually a microcosm of the overall development dilemma of physics. After the formation of the two Standard Models， the objects and methods of physics research have undergone fundamental changes. Although the discovery of the Higgs and gravitational waves marked a great success for the traditional scientific paradigm， there were also many phenomenas that traditional paradigms cannot explain， and the experimental tests cannot keep up with the theoretical ones. The new theoretical paradigms were quite controversial， and the development of physics has slowed down considerably.

Keywords：particle physics， particle accelerator， scientific debate9F41DB01-21EE-40A9-8C78-8A28F041B472