粒子物理走到盡頭了嗎？王貽芳這樣說

“粒子物理研究將回到依靠實驗指引的范式上，離開‘驗證標準模型’的范式。”12月3日，在基礎科學促進可持續發展國際沙龍上，中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳說。

上世紀50年代，大量新粒子被發現，粒子物理從原子核物理研究中獨立出來，成為一門新的學科，主要研究物質世界的基本粒子，以及基本粒子間的相互作用。其研究范式是以實驗現象為指引。自60年代末“標準模型”被提出以后的半個多世紀里，粒子物理研究的主要范式變成了通過實驗去發現和驗證標準模型的預言。

粒子物理的標準模型包含12種基本粒子和4種相互作用力，12種基本粒子就像“磚塊”，4種相互作用力就像“水泥”，“磚塊”與“水泥”共同構建出粒子物理的“大廈”。“非常漂亮，也非常簡單。”王貽芳說。

標準模型的理論研究8次獲得諾貝爾獎。實驗物理學家通過發現所有預言的基本粒子，9次獲得諾貝爾獎。相關的加速器與探測器技術也斬獲3次諾貝爾獎并得到廣泛應用。

但就在標準模型預言逐一被驗證后，一個問題出現了：“粒子物理走到盡頭了嗎？”

在王貽芳看來，標準模型不是粒子物理的“終點”，但粒子物理的確走到了一個“轉折點”。

“標準模型上空依然漂浮著烏云。”王貽芳說，他們發現中微子的質量不為0，這與標準模型是矛盾的；w玻色子的質量與標準模型預言之間的偏離達到7倍標準偏差；此外，還有很多理論和實驗不符合的現象……

目前，在全球粒子物理實驗的圖譜中，位于核心的依然是粒子物理的標準模型，標準模型的外圍有希格斯粒子性質等需要解決的科學問題，也有超對稱模型等需要檢驗的理論模型。

王貽芳認為，下一步，粒子物理需要尋找一個更新的理論，而這一步將是以實驗為指導的，“未來，我們沒有了理論模型的指引，需要通過實驗來找到未來發展的路徑和新的理論模型”。

“中國科學家在粒子物理標準模型的建立過程中沒有太多貢獻，現在粒子物理走到這樣一個轉折點的時候，我們中國的科學家是不是有可能提出一些重大的問題，并提出解決問題的思路？”王貽芳反問。

他介紹，我國的粒子物理研究從夸克起步，通過北京正負電子對撞機（BEPC）奠定了物理、加速器、探測器等各方面的基礎，在國際上有了一席之地。從大亞灣中微子實驗到江門中微子實驗（JUNO），我國的中微子研究走到了國際最前沿，有望實現領跑。環形正負電子對撞機（CEPC）可以讓中國通過希格斯粒子的研究走到國際粒子物理舞臺的中央。

關于這些實驗的最新進展，王貽芳透露，BEPCII將于2024年完成升級改造，并將運行至2030年退役，屆時于1981年建成的BEPC的科學壽命將達到50年，總造價花費為8.8億。

JUNO將于2023年建成，建成運行后將有能力測量中微子的質量順序，對中微子混合參數的測量將比過去提高約10倍，同時還將有能力研究超新星中微子、地球中微子等。