中国应尽快加入欧洲核子中心

2017年11月16日

导语:

中国是否有必要花费200亿美元自建大型对撞机是个久议未决的话题,杨振宁教授、丘成桐教授、王贻芳院士、何祚庥院士等隔空争论,意见不一。目前,主张自建大型对撞机的人士认为,如果在中国建成一座超大对撞机,就会产生人才虹吸效应,有可能吸引5000到6000名世界一流科学家来中国参加实验研究,这将对中国的基础科研产生深远影响;而反对者则认为,投巨资建造一座超大对撞机只能推动基础性物理研究,50年内恐无实际意义。

 

基于以上争议的存在,作为自建大型对撞机的替代方案,中国是否有必要加入欧洲核子中心(以下简称“CERN”)的话题也被多方热议。支持者认为,目前中国每年都有不少科研人员到CERN参加课题研究与项目合作,基本上可以满足高能物理研究领域的国际合作需求。任忠良博士在CERN工作三十多年,他认为目前中国科学院高能物理所倡议国家出巨资建立的环形正负电子对撞机(CEPC),只是一个放大版的LEP(CERN上个世纪八十年代末期建造的正负电子对撞机),并非明智之举,而尽早加入CERN才是正确选择。

 

鉴于相关决策影响深远,而真理越辩越明,智库现将任忠良博士建言全文刊出,欢迎百家争鸣。

 

 

CERN的建立与发展

 

1953年,欧洲原子能委员会决定建立一个联合研究中心,因为按照当时的国力和技术水平,没有哪一个欧洲国家能单独建立如此规模的大型研究机构。1954年,欧洲12个国家共同出资在日内瓦近郊的瑞法边境,建立了欧洲核子中心联合实验室,CERN是欧洲核子研究理事会的法文缩写(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)。

 

自成立以来,CERN先后建成一代又一代规模更大、能量更高的前沿粒子加速器,用以进行原子核物理和基本粒子物理基础性研究。正是在这里,来自世界各国的科学家先后发现了传递原子核弱相互作用力的W和Z粒子,以及赋予宇宙万物以质量的希格斯粒子(俗称上帝粒子),这一成果将人类对微观物质结构和宏观宇宙的了解推向了一个前所未有的高度。

 

CERN最关键的部分是深埋于日内瓦市郊地下100米、长达27公里的环型隧道。目前,世界上最大、对撞能量最高的粒子加速器——大型强子对撞机(以下简称LHC),可以把数百万亿计的质子加速至约光速的99.9999991%,即一秒内在27公里长的轨道上狂奔11245圈。LHC由9593根超导磁铁(其中最长的一种磁铁长15米,共1232根)构成,两束以接近光速反向运行的质子束流在磁铁引导下,于大型探测器中实现对撞。

 

 

1964年,英国物理学家彼得·希格斯和比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒通过各自独立研究,从理论上预言了所谓希格斯玻色子的存在。之后近50年,成千上万的物理学家在各种实验中不断寻找,终于在2012年7月4日LHC产生的数百万亿质子对撞中,发现了一些粒子与希格斯玻色子特征相符(其概率是一万亿分之一),首次证实了希格斯玻色子的存在。彼得·希格斯和弗朗索瓦·格勒也因此分享了2013年的诺贝尔物理学奖。

 

除进行高能物理基础研究外,CERN所推动的新技术发明也不胜枚举,如 WWW万维网技术、计算网格技术、云计算技术、大数据技术等,就连智能手机和电脑触屏技术也是上世纪八十年代CERN研究人员为控制粒子加速器的发明成果。

 

CERN不仅是独一无二的世界级高能物理实验和研究圣地,也早已成为世界物理人才的培养基地。每天在CERN工作的有来自20多个成员国的3000多名工作人员。来自世界100多个国家和地区的10000多名合作科学家和访问学者(其中大陆学者243人、香港学者26人、台湾地区学者74人)在这里从事各种科学研究工作,平均每年产生博士论文1000多篇。

 

与此同时,CERN还为全球学生和教师提供内容广泛的教育培训计划,其中包括研究生暑期课程、博士生培训课程、客座科学家研究计划等等。把不同国家和文化的人团结在一起,努力实现智力与文化融合已成为CERN的重要使命之一。

 

CERN的组织结构

 

CERN目前共有22个正式成员国,具有观察员身份的国家或组织(CERN已不再吸收新观察员)有:俄罗斯、美国、日本、土耳其、欧盟、联合国教科文组织;准成员国有:乌克兰、塞浦路斯、乌克兰、巴基斯坦和印度。据有关信息显示,巴西、爱尔兰、克罗地亚、立陶宛、加拿大、澳大利亚、韩国等国家正在与CERN进行入门谈判,希望成为正式成员国或准成员国。

 

CERN年度研发经费约为10亿瑞士法郎, 由22个成员国分摊缴纳。每个成员国出资份额与其根据经济合作与发展组织(OECD)标准计算的国民总收入成正比,其中德国是最大出资国,份额约为百分之二十左右。为防止某一成员国因出资过多而垄断CERN的事务,CERN的章程明确规定:任何一个成员国的出资比例最多不能超过CERN年度总经费的百分之二十五。

 

 

CERN目前不再接受新的观察员国地位申请,取而代之的是准成员国资格,但对准成员国享受的权益进行了相应缩减。准成员国资格可以是永久性的,也可以向正式成员国过渡。准成员国最大缺点在于没有CERN理事会投票权,无法参与制定重大方针政策,以及参加接纳新成员国的投票。

 

中国加入CERN的现实障碍

 

中国作为最大的发展中国家,人均国民收入与发达国家相比有较大差距,但CERN章程规定,正式成员国每年缴纳会费的数额比例需按经济合作与发展组织(OECD)核算的国民总收入水平计算。根据CERN负责国际合作事务的克里斯托弗·舍费尔博士提供的最新数字显示,如果中国成为CERN准成员国,每年缴纳会费数额为2700万瑞士法郎(约2800万美元);如果成为正式成员国,每年需缴会费2.77亿瑞士法郎(约2.88亿美元)。此外,目前中国国内与CERN建立联系的部门机构有多个,其职责不同、经费来源不同、所涉领域不同,想法自然也很难统一。

 

中国应尽快研究加入CERN

 

理由一:

今天的CERN已不再是其名称意义上的欧洲核子中心,而早已成为世界独一无二的物理研究与实验基地。不久前,CERN还获得联合国大会观察员资格,成为一个新型的国际组织。中国如果长期徘徊在该组织门外,既不符合中国当下和未来的国际地位,也难以充分利用这一组织为我所用。虽然目前CERN已同中国一些科研机构建立了合作关系,但参与课题仅限于粒子物理基础研究,高科技合作中国无权参加。为此,国家需尽快成立一个顶层协调机制,研究相关对策措施,尽快启动入门谈判。

 

理由二:

CERN具备独一无二的技术条件和研究环境,由诺贝尔物理奖获得者、华人物理学家丁肇中教授领衔的美国阿尔法磁谱仪研究中心(AMS),早已在CERN附近建立了大型实验室,每天有来自16个国家的科学家在AMS从事相关研究工作。这一成熟的国际合作模式,非常值得中国借鉴。

 

理由三:

根据CERN有关章程规定,其高科技人才培养合作计划仅面向成员国,非成员国工程技术人员无权参与。若想通过CERN获得最新技术、培养一流工程技术人才,唯有成为其成员,否则别无他选。

 

CERN前任总干事霍雅尔教授表示,中国目前的科技发展水平固然很高,但相对于中国的规模与潜力来讲,与CERN的合作还非常有限。双方不仅可以在科研领域,在工程技术和顶尖人才培养方面也有广泛合作前景。

 

 

理由四:

目前CERN正在研究设计建造一座周长达100公里的环形对撞机(是现有大强子对撞机的三倍多),目的在于研究新一代超导磁铁和冷却技术。以现有超导磁铁技术条件,即便耗尽地球上所有的氦气也无法满足人类需求。我们若能选择此时加入该项目,似有可能实现技术合作上的弯道超车。

 

理由五:

根据CERN章程,每个成员国年度缴费出资比例决定CERN对该成员国工业科技设备的采购份额,以及聘用其国际职员的比例。也就是说,CERN会将成员国缴费份额以不同形式部分返还,用以促进成员国工业科技进步,同时缴费份额越大越有助于扩大成员国在CERN的本国职员数量。因此CERN成员国缴费并非单向流动,且会产生连带复合效应,对成员国形成反哺。

 

*文章系作者本人观点,不代表太和智库立场

 

 

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