秦皇島に「スーパーコライダー」が建設されるというのは本当ですか？

ジュネーブにある大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、円形のトンネルの長さが27キロメートルある世界最大の衝突型加速器です。 7月5日、アップグレードのために停止してから3年を経て再始動した。アップグレードされたLHCの衝突エネルギーは13.6TeV（兆電子ボルト）に達すると報告されており、これは2018年にミニ宇宙ビッグバンを生み出した13TeVの衝突エネルギーよりも4.6％高いものです。

欧州ハドロン衝突型加速器は完成以来、3度の運転が行われ、世界的に注目される大きな成果を上げてきました。これは4回目の運転であり、4年間の運転を経て、さらに高輝度にアップグレードされ、2029年に新たなレベルで再び運転される予定だ。このニュースは、中国の衝突型加速器建設計画に対するネットユーザーの注目を集めた。今、どのように進んでいますか？

中国の高エネルギー物理学者は早くも2012年に、世界最大の粒子加速器プロジェクトの建設を提案した。円形トンネルの長さは100キロメートルに達し、これは世界最大のハドロン衝突型加速器の長さの約4倍に相当します。そのため、「スーパーコライダー」と呼ばれています。プロジェクトの第一段階は、電子陽電子衝突型加速器（CEPC）を建設することです。

しかし、この計画はかつて科学界で大きな論争を引き起こした。支持者たちは、この超大型加速器が科学研究のための強力なツールとなると信じている。建設後は中国は世界の物理学研究の中心地となり、科学研究が大きく進歩するでしょう。反対派は、そのような衝突型加速器の建設は莫大な費用の底なし沼となり、費用対効果が悪いと考えている。

この遺物の建造に反対する代表的人物は、ノーベル賞受賞者であり、世界的な物理学者であり、中国科学院の院士である楊振寧氏である。その建設を支持する代表的人物は、実験高エネルギー物理学者であり、中国科学院の院士である王一芳氏である。二人とも科学の専門家であり、彼らの言うことは一理あります。

楊振寧が反対する理由

楊振寧氏の反対理由は、ヨーロッパで大型ハドロン衝突型加速器が登場して以来、高エネルギー物理学研究の輝かしい時代は過ぎ去り、そのような衝突型加速器で解決すべき根深い問題はもう存在しなくなったからである。さらに、建設コストが高すぎて成功の可能性が低かった。アメリカから学んだ教訓は非常に深いものであり、学ぶべきものである。

米国は1989年に大型ハドロン衝突型加速器の建設を開始したが、半分も完成しないうちにプロジェクトを中止せざるを得なくなり、数十億ドルが無駄になった。中止の理由は、資金が繰り返し予算を超過したためである。予算は当初計画の30億ドルから80億ドル以上に増加し、国内の人々の大きな反対を招いた。このプロジェクトは、クリントンが大統領だった1992年に廃止されなければならなかった。

楊振寧氏は、わが国が二段階に分けて進めたとしても、第一段階の投資には360億元が必要となり、第二段階の投資は1400億元、あるいはそれ以上に、3000億元に達する可能性があると考えている。衝突型加速器の運用コストは大きな罠だ。メンテナンスコストは言うまでもなく、電力消費も膨大です。現在、LHCは20万kWhの電力を消費しており、これは1時間あたり約20万元の電力を意味します。

我が国が建設を計画している加速器はLHCより4倍長く、さらに多くの電力を消費します。 1時間あたり100万元の電気代がかかるとすると、1日あたり2,400万元、年間87億6,000万元となる。毎回4年間連続運転すると、電気代は350億元になる。これに機器のメンテナンスやアップグレード、サポート施設のコストが加わると、負担は膨大になります。

これは単なる資金の問題です。人材や技術など、他にも多くの課題があります。建設期間中は克服すべき困難が数え切れないほどあります。建設が成功する確率はわずか 40% であり、不確実性が大きすぎます。建設が失敗すれば、時間とお金の無駄になります。建設が成功しても、使用時には依然として多くの問題が残るでしょう。

この装置の使用により、多数の優秀な科学者の習得を必要とする世界トップクラスの基礎科学問題が解決されます。しかし、中国のトップクラスの高エネルギー物理学者は世界全体の1％未満を占めるに過ぎない。この人材状況は、このような機器の運用をサポートするには不十分であると思われ、機器が遊休状態になる可能性が非常に高くなります。

そのため、発展途上国としては科学研究への投資資金が限られています。この一つのプロジェクトにこれほど多額の投資をすると、必然的に他の分野への投資の削減に影響が及びます。 50年以内に社会的利益を生み出さない不確実な将来を持つプロジェクトに投資するよりも、限られた資金をより緊急性の高い科学研究プロジェクトや国家経済、国民生活に投資する方がよいでしょう。

サポーターの声/

楊振寧が現在、大型ハドロン衝突型加速器の建設に反対しているのは、理由がないわけではない。彼はまた、国と国民、そして科学のより速い発展のために声を上げており、その精神は称賛に値する。一部の科学者が大型ハドロン衝突型加速器の建設に反対したため、2017年に中国科学院は反対6票、賛成5票で建設計画を否決した。

しかし、この建設を支持する科学者は国内にまだ多くいる。彼らのうち最も決意の固い代表者は、中国科学院高エネルギー物理研究所所長、中国科学院院士、中国中国PC運営委員会委員長の王一芳氏である。彼は、今「スーパーコライダー」を建設することは、中国が基礎物理学研究で世界をリードする国になるための素晴らしい歴史的機会であると考えている。最高レベルの理論的研究成果を生み出すだけでなく、世界的なイノベーションと協力のプラットフォームにもなります。

中国の国力は大きく向上し、経済力と技術力はすでに非常に強力です。第一期工事の費用は360億円だが、これは遼寧空母の建造費用の半分に過ぎない。基礎物理学研究に資金を使うことは、遅かれ早かれ必ず実行しなければならないステップです。今やらなければ、遅かれ早かれやらなければならなくなるでしょう。それは将来の世代に利益をもたらす長期計画です。

王一芳氏は演説の中で、世界における加速器建設コストと今年のGDPの比率を分析した。米国が超伝導加速器（SSC）を建設していたとき、その年間投資額は当時のGDPの0.01％を占めていました。 1980年代に欧州原子核研究機構が大型電子陽電子衝突型加速器（LEP）と大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の建設を開始したとき、その年間投資額は当時のGDPの0.02～0.03％を占めていました。中国が2020年にCEPCの建設を開始した場合、そのGDPはわずか0.005％に過ぎない。

さらに、この資金は高エネルギー物理学における散発的な研究から節約することができます。彼は計算をして、全国の研究所と科学者が20年間に投じた研究資金を合計すると、この投資額をはるかに上回る額になることを突き止めた。このお金は CEPC が完了した後に貯蓄されます。

王毅芳氏はまた、2008年北京オリンピックの開会式と2012年ロンドンオリンピックの開会式を比較した。私たちのテーマは製紙、筆、活版印刷、太極拳でしたが、ロンドンで反映されたテーマは原子核、欧州原子核研究機構（CERN）、ワールド ワイド ウェブの発明者でした。

どちらのパフォーマンスも非常に衝撃的ですが、私たちのパフォーマンスは先祖を反映しており、ロンドンは現代のテクノロジーを反映しています。私たちはいつまでも古代の誇らしい歴史に浸っているわけにはいきませんが、今日も努力して立ち上がらなければなりません。この呼びかけは耳をつんざくほどで、考えさせられるものです。

支持者の中には、大物科学者、中国系アメリカ人、国際的に有名な数学者、中国人初のフィールズ賞受賞者、米国科学アカデミー会員、中国科学院外国人会員、ハーバード大学教授のシン・トン・ヤウ氏などがいる。同氏は、CEPCプロジェクトの推進により、中国が関連分野でリーダーとなるだけでなく、このプロジェクトを利用して世界クラスの科学者を多数中国に招き、交流や仕事の場を提供し、さらには中国に定着させることで、中国の科学発展に大きく広範囲にわたる影響を与えると信じている。

賛成意見も反対意見も国の発展のためであり、どちらも一理ある。科学アカデミーのトップ科学者による第1回投票では、反対意見が勝利した。それで、このプロジェクトは棚上げになったのですか?いいえ、王一芳氏が率いる科学チームは概念設計を一度も止めることなく、2018年に設計を完了しました。

異議は無効ですか? 「スーパーコライダー」が建設される？

現在、インターネット上では「楊振寧の反対は効果がなく、プロジェクトは2022年に開始される」というニュースが出回っており、建設現場は秦皇島にあると主張されている。それで、このニュースは正確でしょうか?長い期間にわたる調査の結果、スペースタイム・コミュニケーションズは、すべての発言が依然として2018年11月のいくつかのレポートから派生したものであることを発見した。

2018年11月14日、中国科学日報は「超大型加速器に新たな概要、概念設計報告書は3年で完成、6年間の論争の中で前進」と題する記事を掲載し、CEPC研究作業部会が「CEPC概念設計報告書」を正式に発表したというニュースを確認した。

11月24日、世界で最も有名な科学雑誌「ネイチャー」は公式サイトで王一芳氏へのインタビューを掲載した。王一芳氏は、6年間の設計作業を経て、国際専門委員会は衝突型加速器の準備が整い、早ければ2022年に建設が開始される可能性があると発表したと述べた。すべてが順調に進めば、2030年に一般公開される可能性がある。

完成すれば、全長100キロメートルのこの「ビッグガイ」は、耐用年数10年の世界最大の粒子破砕機となる。

さらに、2020年5月に北京新聞が王一芳氏をインタビューした記事も見つけた。インタビューの中で、王一芳氏はCEPCの最新の科学研究の進捗状況を明らかにし、第一陣の主要設備の研究開発成果が発表され、その一部は設計指標の要求を満たし、全体的な作業は計画通りに進んでいると述べた。

しかし、王一芳氏はまた、疫病の影響で財政資金が減少し、一部の大型プロジェクトは設備を正常に購入できない、入札が遅れる、プロジェクトが中断されるなどのリスクに直面していると述べた。プロジェクトの敷地選定に関して、王一芳氏は敷地選定は継続的に比較されており、以下の3つの要素が考慮されていると述べた。

まず、建設コストを削減するためには良好な地質条件が必要です。第二に、周辺環境に国際的な雰囲気がある二級または三級都市に建設したいと考えている。 3つ目は、年間平均気温が低くなり、南部よりも北部の方が適しているだろうと期待していることです。これら 3 つの条件は、主に建設の難易度と運用コストを削減し、世界中のより多くの科学者を研究に誘致することを目的としています。

実際、中国科学院高エネルギー物理研究所は2013年から南から北へと予備的な立地選定作業を開始し、河北省張家口市、秦皇島府寧県、天津市保底区、陝西省秦川市、延安市黄陵県、河南省信陽市、広東省深セン市を相次いで訪問している。

2017年、Guokrは公式アカウントで「CEPCをどこに建設したいですか？」というアンケートを実施した。延安市黄陵県が最多の票を獲得し、2,000票以上、得票率50%以上で他を大きく引き離した。この投票はあまり参考価値がないと思います。最終的な場所がどこに選ばれるかについては、明確なニュースは見ていません。

したがって、CEPCが2022年に秦皇島で建設を開始するというニュースには権威ある証拠はありません。しかし、各方面からの総合的な情報から判断すると、わが国の「スーパーコライダー」プロジェクトは段階的に準備されており、適切な時期に建設されると思われます。

では、コライダーとは一体何であり、何に使用されるのでしょうか?

私たちはこれまで多くの論争と投資について話し合い、この装置は科学界の最高峰であり、偉大な国の強力な武器であると述べました。では、この巨大な物体は一体何であり、何の用途があるのでしょうか?

簡単に言えば、いわゆる衝突型加速器は実際には粒子粉砕装置であり、巨大なエネルギーを使用して、電子、陽子、原子核などの反対方向に移動する粒子の2つのビームを形成し、次にそれらをトンネル内で光速に近い状態まで加速して、粒子を破壊して散乱させ、同時に巨大なエネルギーを生成します。

科学者はさまざまな機器や装置を使用して、これらの粒子が粉砕された後に生じるさまざまな現象や軌道を観察および記録し、そこから新しい粒子を発見し、宇宙の最も深い謎を覗き込み、宇宙と自然の隠された法則を理解し、これらの法則を人類に利益をもたらし、人類の文明レベルを向上させるために使用します。

ヨーロッパのLHCはとても巨大な装置です。スイスとフランスの国境の地下100メートルに位置しています。全長26.659キロメートルの円形トンネルと一連の補助設備を備えています。フル稼働時には、内部の粒子ビームは毎秒11,245回転の速度で回転します。これは光速の約99.99%に相当します。それは間違いなく世界最速の「トンネル」です。

同時に、この「トンネル」は太陽系で最も「空っぽ」な場所であり、気圧はわずか10^-13標準気圧で、これは月の表面の高真空状態の気圧のわずか10分の1です。ここは世界で最も暑い場所でもあります。粒子の衝突が起こると、最高温度は太陽の中心核の温度の100万倍、つまり約10兆K以上に達することがあります。ここは世界で最も寒い場所でもあります。粒子が動いているときの加速空洞の温度はわずか1.9K、つまり-271.3℃で、宇宙マイクロ波背景放射よりも1K以上低い。

これは世界で最も強力なスーパーコンピュータシステムでもあります。 1 年間に実施される大規模実験から得られるデータは、2 層 DVD ディスク 10 万枚分に相当します。これらのデータを分析するために、世界中から何千人もの科学者が参加し、分散コンピューティング ネットワークの助けを借りて何十万台ものコンピューターが統合され、世界で最も強力なスーパーコンピューター システムが形成されました。

中国が建設を計画している「スーパーコライダー」は、LHCをはるかに超える衝突エネルギーを持つことになる。

世界のトップクラスの科学者たちは皆、宇宙がどのように見えるか、物質とは何なのかといった究極の疑問を解明したいと考えています。過去数十年にわたり、LHC はこれらの問題を徹底的に探究し続け、神の粒子であるヒッグス粒子 (略してヒッグス) の発見など、多くの画期的な成果を上げてきました。この魔法の粒子は 1.56*10^-22 秒間だけ存在し、物質の質量を作り出します。ビッグバンから1兆分の1秒後にミニ宇宙を創造し、ビッグバン宇宙モデルを検証しました。

中国による「スーパーコライダー」の建設は、これらの問題の解決にさらに役立つだろう。王一芳氏は、LHCは目覚ましい成果を上げているものの、ヘブドーンの質量がどこから来るのか、ニュートリノ、暗黒物質、暗黒エネルギー、反物質の仕組みなど、まだ解明されていない謎がたくさんあると指摘した。

中国の「スーパーコライダー」が完成すれば、より高い輝度で衝突が行われ、世界の本質的な問題をさらに明らかにすることができ、中国の科学技術を国際的に最前線に押し上げることができるだろう。これを達成することで、国内の多くのギャップを埋め、高周波空洞マイクロ波電力、制御核融合、超伝導材料、航空宇宙など、多くの分野で画期的な進歩を推進することができます。また、国際交流と協力をさらに強化し、世界の科学技術レベルの向上に貢献します。

それで、これについてどう思いますか?議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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