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科学到底有没有用?这位当代中国最重要的高能物理学家这么问

内容导读: 王贻芳,中国科学院院士、中科院高能物理所所长,获得基础物理学突破奖的首位中国科学家。2012年,他领导的大亚湾中微子项目发现新的中微子振荡模式,被《科学》杂志列为当年全球十大科学突破。王贻芳领导的环形正负电子对撞机项目如果建成,将是世...

  王贻芳,中国科学院院士、中科院高能物理所所长,获得“基础物理学突破奖”的首位中国科学家。2012年,他领导的大亚湾中微子项目发现新的中微子振荡模式,被《科学》杂志列为当年全球十大科学突破。王贻芳领导的环形正负电子对撞机项目如果建成,将是世界上最大的对撞机。

 

  2018年度科技人物   

  王贻芳

  做“没什么用”的科学

  本刊记者/杨智杰

  本文首发于总第882期《中国新闻周刊》

  获奖理由——

  他是诺贝尔奖得主丁肇中的弟子,他测得的中微子振荡模式被誉为中国本土最重要的物理学成果。他是第一个获得基础物理学突破奖的中国人,他是当代中国最重要的高能物理学家。2018年,他领导的大对撞机项目《概念设计报告》正式出炉,他将向粒子物理学终极问题发起挑战。

 

  沿着北京玉泉路走到中科院高能物理所东门,一路上几乎看不到什么商铺,平日里,幽静的大院里走动的人也不多。2018年11月14日下午,高能所主楼的阶梯会议室里却坐满了来自世界各地的300多名高能物理学家和记者。座位不够,不少人挤在后门口的走道上。

 

  他们聚集在这里,是为了见证一个历史时刻——下午3点左右,身穿灰色西服的王贻芳在众人注视下走上台,接受项目经理娄辛丑代表工作组交给他的两大本环形正负电子对撞机(CEPC)《概念设计报告》,向全世界发布。

 

  CEPC的周长是目前世界上正在运行的最大的对撞机LHC的4倍,有国际高能物理学家称,CEPC可以大大地促进对物质最基本组成单元的进一步理解,解决我们对基本粒子标准模型的一系列困惑。

 

  2012年,CEPC的概念刚被提出,就引发了全世界的关注和讨论。今天,这个《概念设计报告》的公布则标志着,整个项目的加速器、探测器和土建工程的基本设计已经完成——如同盖房子,大家真正看到了实实在在的图纸。

 

  王贻芳是CEPC指导委员会主席,他还有其他头衔:中科院高能物理所所长、中科院院士。2012年,他所主导的大亚湾实验发现了新的中微子振荡模式,入选当年美国《科学》杂志评选的 “2012年十大科学进展”。一时间,国内外科学界的目光聚焦在他身上。2015年,王贻芳成为首次获得基础物理学突破奖的中国科学家。

 

  6年后,CEPC项目再一次把他拉到公众视野当中。

 

  “高冷”

 

  王贻芳的工作内容之一,是给专业以外的人解释自己到底在研究什么。

 

  物理学有很多研究方向,不同于光学、固体物理等分支能给普通人想象的空间,王贻芳研究的是基本粒子,比分子、原子、原子核还小,不懂行的人站在门外,觉得这一切陌生又虚无。

 

  2012年以来,王贻芳接受过大大小小的采访,都要做一些科普。2016年,他参加中央电视台的《开讲啦》。节目开场,他用最贴近生活的比喻来介绍自己研究多年的中微子——盖房子需要砖,所有的基本粒子都像是砖块,一起构成了宇宙。这些砖块共有12种,其中3种就是中微子。通过研究中微子,能够知道物质世界的构成、它们的相互作用,知道物质世界为什么成为今天这样的世界。

 

  研究粒子物理需要大科学装置,比如上世纪80年代建设的北京正负电子对撞机,再比如现在想要建造的环形正负电子对撞机(CEPC)。

 

  建设这些工程要花纳税人的钱,从政府部门到公众,自然希望了解的更多,王贻芳也承认,自己有义务去解释自己的工作。但在现实中,解释清楚往往并不容易。

 

  对听者而言,理解粒子物理是有门槛的,需要他们具备一定的物理学基础知识。王贻芳只好自己替他们在这个门槛前铺垫好台阶,但代价是他要花费更多的时间和精力。往往等到他讲完了基础知识,做好了铺垫,许多人又失去了兴趣。“有时候,这个沟通非常困难,有很多时候也会产生误解,你就要不断地去努力填补、解释、修正。”王贻芳说。

 

  拿他近些年在推动的CEPC来说,王贻芳最常听到的疑问是,“建造这个环形正负电子对撞机到底能干什么?” 王贻芳回答,“研究希格斯粒子。” 

 

  但是,2012年7月4日,欧洲核子中心已经宣布探测到希格斯粒子。人们追问,既然希格斯粒子已经被发现,为什么还要研究它?是不是在拾人牙慧?

 

  向普通大众讲解这件事情不太容易,王贻芳只好再打一个比方:中微子是在1956年被发现的,此后物理学家继续研究其性质,相关成果又诞生了3个诺贝尔物理学奖。实际上,物理学家关心的根本问题并不是新粒子,而是各种现象(包括新粒子)背后的物理规律。只要与新的物理规律有关,就很重要;如果仅仅和已知的物理规律有关,无论是不是发现新粒子,都不重要。

 

  希格斯粒子是一种极为奇特的基本粒子,人类对它的了解还远远不够,它是发现新的物理规律的最好窗口,也是粒子物理发展过程中不可跨越的一步。

 

  对于专业问题,王贻芳会耐心地讲解,但对于个人生活,他只用简短的话作答,并不在意是否冷场,有意将自己的生活和外界保持距离。他曾面对十多家媒体的追问,只用5分钟讲述个人经历,大部分的发言时间介绍团队的实验。他的同事评价他,“想从他嘴里挖出点有关他个人的故事或细节来,简直比做出中微子的实验数据还难!”

 

  在做电视节目时,王贻芳过于简洁的回答时而导致冷场,有嘉宾说他是话题终结者,王贻芳对此说,“这是我的缺点吧,但没办法改的。”

 

  高能物理所研究员沈肖雁是王贻芳在南京大学读本科的同学,她赞赏王贻芳这种直率的性格,表达观点简洁明了,这是在国外待久了的人所拥有的特质。

 

  对于媒体塑造的“高冷”形象,王贻芳看得很清楚,“媒体有时候需要给人贴一个标签,事实上,每一个人都是很复杂的,没那么简单,得看具体的事情。节目反映的是我的一个方面,但不是全部。”

 

  “触类旁通”

 

  王贻芳的办公室里挂着4幅他参与的对撞机和中微子项目的照片,还有两幅是有鬼才之称的著名画家黄永玉送给他的字画。

 

  物理学家和艺术家是一个奇特的组合,他们的交情始于1980年代。

 

  1984年,王贻芳从南京大学物理系毕业。当时,诺贝尔物理学奖得主丁肇中向教育部建议,在中国选拔优秀的人才加入他领导的位于瑞士日内瓦的L3实验。直到现在王贻芳仍然觉得,当年收到通知参加并通过丁肇中的选拔考试,于他而言是一种运气,“很难说这是个必然的结果,有很多偶然因素在里面。”

 

  因为这个好运,王贻芳加入L3实验,前后在意大利待了将近10年。这期间,他结识了黄永玉。

 

  王贻芳打开话匣子,毫不吝啬地表达对这位前辈的尊崇:极为睿智,对很多事情有自己独到的想法,不随波逐流;在政治漩涡中保持了自己,既不失节,也不翻船;乐观对待所有的事情,从不怨天尤人;一生勤奋,想尽办法避免外界的干扰,集中全部精力在自己的兴趣和工作上。

 

  “不要刻意追求名誉、地位或者各种利益,这些是跟你本职工作无关的事情。本职工作,对黄永玉来说就是艺术;对我来说,就是科学。”从王贻芳对黄永玉的谈论中,能够清晰地感受到这位跨界的忘年交对他的影响。

 

  三十多年来,两人一直有来往,王贻芳学习到了很多东西。有一次,黄永玉问他,“我们画画需要有创新,你们科学是不是也这样?”王贻芳回答,“当然是这样。我们科学靠的就是要有新想法。无论是科学研究本身,还是为了实现科学目标所需要的技术手段,都要有创新。”听罢,黄永玉认为很有道理,当场为王贻芳写下“触类旁通”四个字。这幅字现在就挂在王贻芳的写字台后面。

 

  2006年,高能物理最高级别的会议国际高能物理大会在莫斯科举行。当时还在美国得州大学(达拉斯)任教的娄辛丑在会上第一次见到王贻芳,两人互不认识。他坐在台下,听王贻芳作介绍中微子实验的大会邀请报告。台下都是高能物理学的专家,有位元老级别的专家质疑王贻芳的大亚湾实验设想太简单,太理想化。王贻芳很镇定,一字一句地解释自己的想法和算法。娄辛丑当时就觉得,这个人不一般。

 

  2012年,娄辛丑从美国回到中科院高能所任职,并担任CEPC的项目经理。回来后他发现,王贻芳从来不会为了做成项目拉关系、请人吃饭或者送人东西套近乎,他只讲科学、技术、国家的需求和项目意义。

 

  作为高能所所长与几个重大项目的负责人,王贻芳压力很大。娄辛丑担心长时间高负荷工作下,王贻芳的身体受不了,就带他去健身房。结果刚领进门,王贻芳背着手扭头就出去了。

 

  王贻芳不爱运动,他的解压方式是跟朋友吃吃饭、聊聊天,或者睡一觉。沈肖雁和娄辛丑都发现,王贻芳在饭桌上是最放松的状态,他知识面广,话也变得多了起来。

 

  以吃饭解压,是王贻芳在瑞士和意大利时养成的习惯。他在L3实验室工作时,同组的人一周至少有两三次出去聚餐。王贻芳解释说,如果推辞不去,时间长了会和大家生分,没有好的关系,对工作也有影响。此外,他喜欢这个方式,工作结束后享受生活,吃饭放松后继续工作。

 

  当时,一起工作的都是外国人。在聚餐过程中,王贻芳学会了如何鉴赏各国的食物,学会品红酒,了解各国不同的文化。如今,同事都知道,王贻芳很会点菜,跟着他可以享受一顿美餐。王贻芳也会提醒自己的学生,在国外要“学会吃饭”。

 

  “也不能说吃饭很重要,但你最终要成长,会成为领导,要跟人打交道,所以,跟人吃饭,你得有个样子。不能说,作报告挺好,研究科学挺好,吃饭时啥都不懂,不像样子。”王贻芳对《中国新闻周刊》说,“只有各个方面都能够做得好,才能让人发自内心地尊重你,愿意跟你合作。”

 

  “科学到底有没有用”

 

  2016年,央视《开讲啦》节目邀请王贻芳参加,给大家做有关中微子的演讲。王贻芳一开始拒绝了,他觉得公众对中微子实验肯定没有太大兴趣,自己讲太多不过是吹嘘一番。后来节目组再次邀请,王贻芳想了想,主动提出另一个题目,“科学到底有没有用”,这是他一直想讲的话题,这次演讲正好是一次机会。

 

  “你做的是什么,你这个有什么用?”王贻芳经常被问到这样的问题,而他通常的回答是“没什么用”,话题就聊不下去了。但是他强调,对当下没有直接、立刻的用处,不代表这件事情就没有意义,这种事情也是中国特别缺乏的东西。

 

  “事实上,我们现在已经看到了恶果。多年来,我们对基础研究的经费投入占研发投入的5%左右,远低于国际上15%的比例。这个恶果体现在,创新人才不足,教育水平落后。我们的创新效果不理想,基础科学不一定是唯一的原因,但绝对是拖后腿的。”王贻芳说。他曾在《人民日报》等媒体上发表文章,希望增加对基础研究的投入。他认为这是观念问题,需要努力推动其改变。

 

  为了推进CEPC项目,他也会去找专家和政府部门谈,跟他们讲CEPC对未来工业发展的重要性,但是很多时候,这不是唯一他想讲的话,很多话没办法说。

 

  那些没有说出口的话,是他想让对方改变对科学的看法,认识到基础科学对国家未来的发展到底能起到什么重要作用。

 

  高能物理不同于人们平常所理解的,只是在一间实验室里做实验,它往往是一项大工程。比如大亚湾中微子实验,王贻芳团队就在深圳郊区的高山里挖掘了一个山洞,在释放出大量中微子的核反应堆附近,安装了巨大的检测装置。CEPC是更大型的科学装置,拟采用100千米周长的对撞机环形隧道,至少会有两台探测器同时进行科学实验。

 

  王贻芳曾告诉沈肖雁,他读研究生期间,每周工作70个小时以上,“靠这样的努力,积累了很多方面的知识。”高能物理实验往往都是几百人的大实验,对于领导者而言,在学术水平过硬之外,还需要有其他方面的能力,比如调配物理、软件、探测器硬件、电子学等不同专业的人员,甚至还需要过问项目施工中遇到的各种问题。如果没有很好的协调能力与对大局的掌控力,就没有办法让来自世界各地的几百名科研工作者们信服。在沈肖雁看来,王贻芳正是有这样的能力,才会被推到领导人的位置。

 

  2012年大亚湾中微子实验之后,王贻芳团队开始进行江门中微子实验。相较于前一个项目,江门的规模提高了200倍,使用的设备和相关的技术需求都有很大的提升。这个项目已于2013年得到批准,2015年开工,预计2021年左右可以建成。

 

  眼下,王贻芳的精力还有一大部分都投入在CEPC的筹建上。如果立项,这将是中国基础研究领域投资最大的项目。2016年9月4日,杨振宁公开发布《中国今天不宜建造超大对撞机》的文章,将物理学界的争论引入公众视野。当天早上王贻芳就看到了这篇文章,随即写下《中国建造大型对撞机,今天正是时机》,次日早上就公开发表。

 

  两年后的今天,提到这件事王贻芳仍然有些激动。他承认杨振宁的科学成就很高,但每个人研究的领域不同,在高能物理实验领域,他认为自己更加熟悉、更加专业。

 

  王贻芳没有停留在单纯的辩论上,他和团队提出路线图,提出建造CEPC的一系列问题和困难、什么时候可以克服、需要付出什么代价、最终能做到哪一步、最后做到什么程度、这个程度有什么科学意义等。

 

  杨振宁的言论对王贻芳团队推动CEPC确实产生了负面影响,“本来很多人无所谓,或者说中性的,一听到他反对,就觉得可能有道理,也就跟着反对。或者有些人在某些位子上,本来是可以支持的,一看他反对,就不支持了,或者觉得这个项目有风险。”

 

  这样一个大型项目要得到国家批准,需要证明它的科学意义和现实可行性。王贻芳说,目前,科学意义已经研究清楚;在可行性上,团队已经识别了所有的问题和困难。在接下来5年左右的时间,他们的任务是开展研究,克服关键技术困难,做出更精确的价格估算。

 

  他坦言,目前项目还没有立项,谁也不能说CEPC一定能做成,做不成也不一定是杨振宁反对造成的。“但这个加速器一定有人做,只要有人做,这个事情的争论就有了结论。历史一定会给出这个结论。”

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