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                大对撞14:高能所高杰反驳何祚庥

                2019/12/23
                导读
                你怎么看?


                - 编者按 -

                自12月以来,关于中国是否建巨型对撞机,又有至少三方参与到讨论,其中包括曾深度参与SSC计划的美国斯坦福教授赵午,CEPC项目的参与者中科院高能物理研究员研究员阮曼奇和徐庆金,以及曾参与过重大科学项目决策的国科学院理论物理研究所研究员何祚庥。

                今天,《知识分子》发表中国科学院高能物理研究所研究员高杰对何祚庥意见的回应。


                本图由作者提供。


                撰文 | 高杰(中国科学院高能物理研究所研究员)


                  


                近日,何祚庥院士发表了《对赵午教授谈大型对撞机的XYZ问题的一点补充》一文,其中有许多主观臆断和事实错误,在此给出回应。


                1. 何先生在文章开始说我们缺少了一大笔设计建造施工人员的培训费用。做过大科学工程的人都知道,我们只要有一批有经验和能力的带头人,再通过项目培养一批人,就可以完成任务。自然我们会有一些交流培训费用,但与总预算项目相比是很少的,这部分预算也已经打入设备费中。


                2. 何先生提到“赵午教授对CEPC型的对撞机的构想和设计,提出一个重大的质疑。这就是一个目标能量为CEPC式的对撞机比SPPC式的对撞机小很多很多倍的设计方案里,却使用了同样周长的大圆圈。这在CEPC的设计中,完全是大浪费!”但事实上,CEPC这类的正负电子对撞机与SppC这样的质子对撞机完全不同,一个追求亮度(对撞事例率),一个追求能量,但这两个追求都需要周长。CEPC团队的优化设计结果表明:周长越长,亮度越高,亮度与周长的平方根成正比。周长越长,造价越高,但也不完全是线性的,加速器的注入器、超导高频腔、微波功率源、低温及探测器等都不随周长变化。因此最佳性价比的周长应该是单个希格斯粒子的价格最低??悸堑郊铀倨鹘ㄔ旆延?、探测器建造费用,以及后期的运行费用(亮度越高意味着总运行年限越短),100km周长是最佳选择,与是否建造SPPC无关。


                具体说来,自2012年9月CEPC的想法被提出后,CEPC团队先后完成了《CEPC-SppC预概念设计报告》、《CEPC-SppC进展报告》和《CEPC概念设计报告》。我们曾经公布过50km周长方案,造价255亿,亮度是100km周长方案的2/3。大家都会算,只从造价上考虑,这个方案的希格斯粒子单价高于360亿的100km周长方案。再考虑运行费的话,单价就更高了。具体的优化细节可以参考CEPC团队于2018年发表的有全球25个国家1100多名科学家署名的CEPC概念设计报告(见参考文献5)及其它相关参考文献。


                考虑SPPC是为了留下将来发展的可能性,CEPC与SppC放置在同一隧道还将保留未来电子质子对撞的可能性。这些考虑都是为了不浪费这个隧道,而不会在现阶段加入SPPC的建设内容。我们一再申明SPPC的建设是有条件的。现阶段大家只应该考虑CEPC的科学目标及其造价、性价比。


                3. 何先生提到CEPC需要“额外添加许多超导磁场的建设”,实际上CEPC是电子加速器,由于束流能量较低,对其偏转及聚焦磁铁的磁场强度都非常低(如二极偏转磁场约0.04T),采用的是价格非常低廉的常规磁铁技术,仅在对撞点附近需要少量几块超导四极铁、超导六极铁和超导螺线管磁铁;这部分超导磁铁的造价不超过CEPC加速器总造价(含土建)的千分之五,因此,根本不存在何先生所说的情况。


                4. 何先生还提到CEPC“正负电子束在超导磁场的偏折下,还会引起多余的散焦效应,为补偿这类散焦效应,还要在电子的冷却上,再多花一笔钱”。事实是,CEPC采用传统常温磁铁进行偏转,不存在散焦也不存在运用电子束流冷却的概念。


                5. CEPC的设计是优化过的,也经过了国际专家委员会的评审,并没有为SPPC花了额外的经费。如果何先生或者赵午先生具体指出上述《CEPC概念设计报告》不合理或者没有优化之处并给出具体建议,我们愿意认真听取并合理采纳。赵午先生是加速器理论专家,建议在认真阅读《CEPC概念设计报告》的基础上,发表更专业的意见。


                6. 何先生文中针对国际直线对撞机(ILC)说到“做为一项对比的方案,是在日本,我们的东邻,也设计了一个和CEPC性能相同的直线型的超大型的正负电子对撞机。由于这一设计去掉了大圆圈,去掉了超导磁场,无疑在造价费用上要比王贻芳少很多,在单位时间内获得的H粒子以及Z粒子的数量上,也还可能还要多出一些”。一方面这正表明CEPC的科学目标是有国际共识的,另一方面何先生关于ILC的价格和性价比的说法是完全错误的。


                事实上,ILC采用全超导技术,相比基于常规磁铁技术的CEPC来说每米造价要贵得多。目前的250GeV方案长度为21km,比CEPC 100km的造价还略高一点;同时ILC亮度比CEPC低3倍,对撞点只有一个,因此单位时间获得的希格斯粒子数比CEPC少6倍,单位时间获得的Z粒子比CEPC少两个数量级以上。显然CEPC是一个比ILC性价比高得多的机器,不知何先生的结论从何而来,有何事实依据?事实上,何小刚发表在《知识分子》2017年1月31日的《评何祚庥院士对中国建设大型对撞机的意见》一文中就已经指出何先生的这个错误,但遗憾的是,何先生继续坚持这种错误说法,不知是忘了“没有调查就没有发言权”、还是明知故犯,或者别有用心?


                7. 何先生说CEPC“是一个钓鱼工程。其实施的后果,就会如杨振宁教授所指出的,这可能是花费极大,而又得不到重大科学成果的,一个无底洞”,不知道何先生的依据在哪里?是设计有问题、还是估价有问题?具体问题在哪里?说一个大科学工程是一个“钓鱼工程”而又没有依据,说轻一点是不负责任,说重一点是污蔑和诽谤。


                作者介绍:

                高杰,中国科学院高能物理研究所研究员,长期从事高能正负电子对撞机(CEPC及ILC)加速器物理与设计方面的研究工作,目前任CEPC机构委员会副主席,CEPC-SppC加速器负责人,亚洲直线对撞机(ILC)指导委员会主席,国际未来加速器委员会(ICFA)直线对撞机理事会理事。


                参考文献:

                1.CEPC-SppC Pre-CDR, IHEP-CEPC-DR-2015-0。http://cepc.ihep.ac.cn/preCDR/volume.html

                2.CEPC-SppC Progress Report, IHEP-CEPC-DR-2017-01,http://cepc.ihep.ac.cn/Progress%20Report.pdf

                3.CEPC Accelerator CDR, 2018:arXiv:1809.00285

                4.CEPC accelerator to European Strategy Input: ArXiv: 1901.03169

                5.http://cepc.ihep.ac.cn/CEPC_CDR_Vol1_Accelerator.pdf

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