世界最大的“科学废墟”美国超导超级对撞机夭折启示录

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  德克萨斯超导超级对撞机工程开挖的隧道和竖井 ?图片来自中国科学报微信公号

  2012年7月4日,欧洲核子研究中心迎来了喜庆的节日。成千人在大礼堂前通宵排队,为了分享和见证新闻发布会的历史性时刻——两年以来,大型强子对撞机的两个独立团队各自集结3000名科学家,从800万亿次质子对撞数据中大海捞针,分别于5月13日和6月10日发现了希格斯玻色子,实现了高能物理学家半个世纪的追求和梦想。至此,粒子“标准模型”的最后一块“拼图”终于找齐了。

  2013年10月8日,比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国物理学家彼得·希格斯共同获得诺贝尔物理学奖,他们在1964年便独具慧眼,预见了希格斯玻色子的存在,如今最终得到证实。

  面对全世界额手同庆,也许,只有美国粒子物理学家“别有一番滋味在心头”。早在1988年,他们已经决定在得克萨斯州建造一座“超导超级对撞机”,比欧洲今天的强子对撞机大3倍。假如这个“巨无霸”如期落成,美国应该能“提早10年发现希格斯玻色子”。然而1993年,“超导超级对撞机”却被美国国会紧急叫停,仓促下马,留下了世界最大的“科学废墟”,也给粒子物理学家带来了永远的“心灵伤疤”。

  个中缘由虽然极其微妙复杂,但毋庸置疑,“游说”的失利,应该是一大原因。

  人们把二战称为“物理学家的战争”是不无道理的,原子弹、雷达、火箭、近炸引信等,都是物理学的“杰作”。

  美国高能物理学家一直是政府的宠儿,数量占物理学圈子总人数的10%。世界一流的费米国家实验室加速器、布鲁克黑文国家实验室加速器等,为美国赢得了多块诺贝尔奖牌。但1981年,欧洲核子研究中心开始兴建新一代大型强子对撞机,并于1983年率先发现正负W玻色子和Z玻色子。《纽约时报》闻讯后撰写文章《欧洲3分,美国连零分也没有》,无情挖苦奚落了美国粒子物理的停滞落后。

  1983年7月,美国能源部踔厉风发,在为期一周的高能物理咨询委员会上,决定砍掉过时的“鸡肋工程”伊莎贝莉对撞机,全力建造一个“世界最大”的加速器。资深物理学家戴维·杰克逊将它命名为“超导超级对撞机”。能源部委派康奈尔大学粒子物理学家泰格纳领导中心设计组,1986年完成了雄心勃勃的工程方案:环形粒子加速器周长87.1公里,隧道位于地下70米,8662块超导偶极磁铁用10个冷冻厂的液态氦维持在4.3K低温,接近光速的两束质子在4厘米孔径中以40万亿电子伏特能量迎头相撞,模拟出宇宙大爆炸后瞬间的物理环境,找到希格斯玻色子和其他新粒子。预计总成本44亿美元。

  此时,争取国会和政府慷慨解囊,就成了当务之急和先决条件。

  “超导超级对撞机”的倡导者和“发言人”莱德曼曾任费米实验室主任,1988年因对中微子的研究而获得诺贝尔物理学奖。他的身份地位十分有利于上层游说,曾多次对国会议员发表演讲:“假如你看不见足球,就无法明白场上的队员为何东冲西撞。同样在物质运动中,必须找到希格斯玻色子这个‘足球’。”

  莱德曼几易方案,为里根总统精心制作了一部10分钟的电视片,普及粒子物理和对撞机知识,送到戴维营播放后大获好评。

  1987年1月29日,里根总统在白宫听完辩论,从口袋里掏出一张卡片,诵读了杰克·伦敦的诗句“宁为灰烬,不做浮尘”,并说橄榄球明星斯特布勒的体会是“深掷远投”。预算主任米勒调侃道:“如果方案通过,一小撮物理学家该高兴了。”里根回答:“很可能,我上中学时曾经让两位物理老师伤过心。”1月30日,白宫正式宣布批准“超导超级对撞机”。

  诺贝尔奖得主斯蒂文·温伯格等6位科学家为了扩大“胜利成果”,联名写信给里根总统表示感谢。

  1988年3月30日,里根在白宫玫瑰园发表演说,盛赞超级对撞机是“通向量子科学新世界的大门”,并引用开国元勋富兰克林的话:“最有价值的投资是对知识的投资。”

  接下来,超导超级对撞机选址成了一场激烈的角逐,美国有25个州43个地区参加投标。经过1年多争长竞短和重金游说,1988年11月10日,能源部最终“画了一个圈”,宣告得克萨斯州瓦克萨哈奇从8个最佳候选名单中胜出。除了经济、文化条件外,这里的“得克萨斯白垩”地质松软而坚固,最有利于隧道的掘进和稳定。何况得克萨斯州还是新任总统布什的家乡,特别承诺出资10亿美元。

  1991年春,“超导超级对撞机”工程正式启动,昔日的棉田变成“大科学”的热土,“从地平线到地平线,如同一场军事入侵”。哈佛大学物理教授罗伊·施威特斯被任命为主任,1000多位粒子物理学家从美国和世界各地接踵而来,预计将有5000个就业岗位虚席以待,可谓轰轰烈烈,盛极一时。

  可是,谁会想到“塞翁得马,焉知非祸”呢?

  超导超级对撞机项目自提出起,就伴随着不断的争议和反对。焦点是工程造价太高并不断攀升。1989年预算为59亿美元,1991年达82.5亿美元。而超导超级对撞机究竟有什么用,朝野上下大都是一头雾水。

  1991年5月,美国国会众议院首次发难,动议废止超级对撞机工程。幸亏以251 票对165票未获通过。

  1992年6月17日夜,众议院发起突袭,进行第二次投票。去年那些议员大部分已经变脸。纽约资深议员舍伍德·博特在辩论中说:“和所有宣传相反,对撞机既不能治疗癌症,也不能解决男性秃顶问题,并且无法保证芝加哥小熊队在世界大赛中获胜。”最后众议院以232票对181票的优势,无情判处超导超级对撞机“死刑”。

  危急存亡时刻,全靠“游说”来折冲樽俎了。

  6月24日,美国物理学会执行董事会发表抗议声明;次日,24位著名物理学家包括21名诺贝尔奖获得者,联名写信给布什总统和每个参议员及“倒戈”的众议员;3周内有1700位美国科学家和300名外国科学家群起呼应;专门成立的游说机构“全国超级对撞机协会”更锁定参议院的每个议员加强公关。

  布什总统在白宫紧急会见施威特斯主任,接着亲自飞赴得克萨斯视察,并宣称“超导超级对撞机是卢浮宫、金字塔和尼亚加拉大瀑布的三位一体”。

  8月3日迎来生死攸关的参议院投票,得克萨斯议员劳埃德·本特森慷慨陈词:“对撞机不是小姐娱乐的玩具,而是美国向未来的投资。”参议院最终以62比32的投票,推翻了众议院“处死”超导超级对撞机的“判决”。

  这次侥幸的死里逃生,让粒子物理学家们认识到必须让全社会明白超导超级对撞机究竟为何物。除了广为散发各种宣传品,温伯格撰写了《终极理论之梦》一书,莱德曼出版了《上帝粒子——如果宇宙是答案,那么问题是什么》。

  公众渐渐开始知道,所有物质都通过希格斯场获得质量,没有希格斯玻色子,我们将会和光线一样永远在宇宙飞窜……因为希格斯玻色子的质量比质子大133倍,根据公式E=MC2,我们需要超级能量才能撞击出来,因此粒子加速器被称为“现代的大教堂”。

  然而,大师们的著作虽然日后成了科普经典,但在当时却已难救燃眉之急。

  1993年6月24日,国会众议院志在必得,以280票对150票的悬殊比例通过决议,将总预算已增至110亿的超导超级对撞机“就地正法”,新当选的113位议员最为慷慨激烈。

  千钧一发关头,莱德曼、温伯格、里克特等诺奖得主齐聚华盛顿大学发出最后呐喊,并请著名物理学家霍金从英国送来轮椅上的录像,呼吁国会“刀下留人”。9月30日,资深议员兼律师班尼特·约翰斯顿再次施展游说魅力,在参议院以57票对42票成功阻击了众议院的判决。10月初,参众两院拨款委员会闭门密商,终于达成协议,继续为超导超级对撞机拨付1994年预算6.4亿美元……眼看又要化险为夷、转危为安了。

  但这次,众议院已被彻底激怒,决心死磕到底。他们于10月19日再次紧急动员,以282比143的高票,坚持超导超级对撞机“斩立决”。

  局面至此已不可收拾,约翰斯顿失声悲叹:“超导超级对撞机是被私刑处死的,现在只能收尸了。”

  1993年10月29日,新任总统克林顿“挥泪斩马谡”,正式签署法案废除了超导超级对撞机工程。

  消息传来,正在得克萨斯工地上“和时间赛跑”的科学家悲愤交加。2年间,该项目已经完成22.5公里隧道,17个竖井,18600平方米建筑。超导磁铁试运行良好,20亿美元已经花出,整个工程20%已经告竣。

  科学家纷纷为超导超级对撞机写下“悼词”。约万诺维奇在《费米新闻》上发表文章:“我们觉得失去了一个孩子,本来充满潜力和希望,我们3000多人哺育和教养他,现在却死了。”诺贝尔奖得主盖尔曼说:“这是人类文明的显著倒退。”克林顿总统也为亲手毁掉“国之重器”表示非常痛惜,难怪被指责说,“那个时代的领导人没有通过视力测验”。

  曾经云集在超导超级对撞机旗下的科学家各奔东西,有的投奔欧洲成为“科学难民”,有的改行到华尔街从事金融。美国粒子物理学的世界领先地位一去不返,政府和粒子物理学家亲密无间的关系也从此成为历史。

  对于超导超级对撞机夭折的“一果多因”,各种分析至今无休无尽。冷战的结束,总统的更迭,大科学项目不确定性带来的预算误差和管理不善,预期的国际合作未能实现,科学界内部为争取资金而产生的纷争和裂痕,都是压倒骆驼的“稻草”。

  但一个更深层的原因,则是公众对纯科学和基础研究的茫然无知。美国作家赫尔曼·沃克在《得克萨斯的深洞巨穴》一书中,头一句话就说:“粗略估计,99.99999%的美国人都不知道什么是该死的希格斯玻色子。”温伯格痛定思痛说:“我们最大的失败,是没有成功点燃公众对认识自然规律的激情。”莱德曼在写给同行的公开信中则反思道:“必须从幼儿园抓起,提高公众科学素质。”“手段就在这里:电视、广播、杂志、广告以至麦片盒。”莱德曼还身体力行,筹措资金拍摄“以科学家为英雄,饱含科学知识”的电视剧。

  没有填埋完毕的隧道,至今仍废弃在“得克萨斯白垩”荒原上。超导超级对撞机是一个悲剧故事。当年的上层游说和精英斡旋不可谓不尽力,但平民百姓同样是科学项目的“衣食父母”。可见向公众普及科学知识,不仅是俯下身子的“消除愚昧”,更应该是诚心敬意的“述职报告”,争取广大“纳税人”对科学事业的认同和支持。

  (原标题:世界最大的“科学废墟”)