接到《科学时报》记者的采访提纲之后,欧阳钟灿院士向中科院理论物理所的几位研究员布置了一份“作业”??物理学在应对环境和能源的挑战下应该如何发展?
欧阳钟灿说,整个2007年物理学的发展就是国际纯粹应用物理联合会(IUPAP)的观点??物理结合能源和气候问题。
IUPAP副主席陈佳洱院士最近从巴西带回了一封IUPAP主席关于能源问题的公开信,其中提出物理学要注意两件世界大事:能源短缺和气候变暖,认为物理学如果不参加进来,将很可能被边缘化。IUPAP在其关于能源和气候问题的报告中专门提到中国、印度、巴西的经济发展对世界能源的压力。
欧阳钟灿说:“周光召先生强调物理学研究一定要有重大目标。什么是重大目标?这就是。大家都在研究能源和气候,物理学不能不动。”
2007年10月举行的理论物理所学术委员会第一次大会,北京大学甘子钊院士因有事不能参加,特地让欧阳钟灿转达一个建议:物理学已经为IT服务了50年,但是现在要从IT转到ET,即服务能源(Energy)和环境(Environment)科技。
欧阳钟灿举例说,1998年诺贝尔化学奖得主、美国凝聚态物理学家沃尔特?科恩最近几十年来一直关注能源问题,其自费制作的纪录片《太阳的能量》将在世界范围内发行。
“也不是只有外国人关注能源问题。”欧阳钟灿说,彭桓武先生在去世前最关心的问题就是能源,认为物理不能只关注纯粹的理论,还要关心国家需求。理论物理所何祚庥院士也为发展我国可再生能源呼吁了多年。“所以现在老一辈科学家都很注意这个问题。”
欧阳钟灿说:“盘点2007年物理学的进展,我们不想重复Science与Nature的综述,我们更关注中国自己的问题。所以这次我找了几个一线年轻人,想听听他们的看法。”2007年12月底,带着完成的“作业”,理论物理所4位一线研究人员向《科学时报》记者介绍了他们眼中2007年的物理学。
高能物理:建成大科学装置
高能物理是需要大型装置且依赖国际合作的学科。2007年国内最大的进展就是大科学装置的建立。
2007年12月24日,中国科学院上海应用物理研究所的光源储存环成功实现3GeV电子束储存,获得同步辐射光。
中科院高能所的北京正负电子对撞机BEPC2将于2008年夏天开始运行,亮度比BEPC1高2个量级,期望取得一些有重要意义的实验结果。
国际上,从2007年起,一些老的对撞机已经完成既定科学任务,相继退出基础科学研究,转入应用研究。费米实验室的Tevatron大概还要运行两年。而2008年高能物理方面最值得期待的事件是欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)计划夏天开始取数,其对撞能量高达14TeV,预期一两年内就可能发现Higgs粒子。Higgs粒子是理论上预言存在、标准模型中唯一还没有被发现的粒子。
据陈裕启研究员介绍,2007年,费米实验室对W玻色子和top夸克质量进行了更精确的测量,由此在标准模型框架内把Higgs粒子的质量限定到更低??95%的置信度下小于144GeV。
阿根廷Pierre Auger天文观察台的观测结果显示,极高能量宇宙线(能量约为6×1019eV)可能来自活动星系核区域。该发现有助于解决超高能量宇宙线的起源问题。
日本KEK的B工厂观测到了带电的质量为4.43GeV、能衰变到 粒子的强子态。如得到进一步证实,这将是四夸克态存在的有力证据。陈裕启表示,国内在这方面也做了一些很好的理论工作。
另外,费米实验室的miniBooNE短基线中微子实验排除了LSND实验关于存在第四种中微子?? sterile中微子的解释。
不过,费米实验室在2007年遭到一次巨大打击,甚至准备裁员200人。原来,在美国国会2008年度财政拨款中,国际直线对撞机(ILC)的R&D经费比预期减少了75%,这些经费转而投入可再生能源、清洁煤燃烧等方面的研究。而从2007年10月到2007年底,负责ILC设计的费米实验室已经花完了剩下的25%经费。
陈裕启表示,这意味着美国ILC的R&D研究从2008年1月起就只能停止。同时受到影响的还有美国SLAC的B工厂,将比预计提前7个月结束取数。另外,英国也从ILC的R&D研究中撤出。美国国会2008年度财政拨款还同时撤出了国际热核聚变实验堆(ITER)项目中美国应承担的部分。陈裕启说,可以预见,LHC开始运行后,世界高能物理实验研究的中心将转移到欧洲。
不过,欧阳钟灿认为:“美国削弱对高能物理的支持并不是完全没道理的??如果关系人类生存的问题还不能解决,高远的目标也只能放一放。”
核物理:复苏中前行
同高能物理一样,核物理也是需要大科学装置的学科。
2007年,耗资约3亿元人民币的“九五”重大科学工程项目??兰州中科院近代物理所的重离子加速器冷却储存环建成。利用重离子加速器,近代物理所进行了重离子治癌临床试验,使我国成为国际上第四个有能力开展重离子治癌研究的国家。目前已对51例浅层肿瘤患者作了临床治疗,疗效明显。周善贵介绍,利用新建成的冷却储存环,将来可以治疗更深层的癌症。
其他大科学工程,如散裂中子源、先进研究堆以及重大国际合作项目??大亚湾反应堆中微子实验项目也在顺利进行。
值得一提的是,我国的这些大科学装置多是自己设计建造的,如在兰州重离子加速器冷却储存环工程中,自主研制的设备占70%。
在基础研究方面,超重元素的探索涉及许多重大科学问题。周善贵副研究员说:“如果发现一种新元素,说不准有什么用,也许可以用做新的能源、材料、武器。”
目前得到广泛认可的最重元素为112号元素,是德国重离子研究中心(GSI)1996年发现的。而俄罗斯杜布纳联合核子研究所利用另一种核反应机制发现的112至116和118号元素一直没有得到承认。不过,2007年,GSI重复了联合核子研究所112号元素的实验结果。周善贵说:“虽然只重复了一个,但是大家很关注,因为其他更重元素的结果也有可能重复。”
在我国,2007年11月,国务院批准并公布了《国家核电发展专题规划(2005-2020年)》,预计到2020年,我国核电比重将从不到2%提高到4%,将建设30多座核电站。
随着需求的增加,核物理人才培养重现生机。欧阳钟灿指出,研制“两弹一星”时我国很重视核物理,后来学科慢慢萎缩,很多高校都取消了相关专业,因此我国现在人才短缺。
据统计,仅核电工业每年需要约4000名本科以上在校学生,而目前在校生尚不足1000人。周善贵表示,据日本核物
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