菜鸟|从文明奇观到千家万户——粒子加速器菜鸟笔记( 五 ) 笔记|辐照|文明|粒子加速器|菜

另一个关联问题是集体效应。上面我们讨论的所有物理问题，多半是“单粒子动力学”，单粒子动力学的含义不是说“只有一个粒子”，而是认为粒子与粒子之间没有相互作用，“粒子的悲喜并不相通”；而显然，粒子与粒子之间是存在相互作用的。最容易理解的例如，我们知道束流中的粒子都是带相同电荷的，那么，将束团压得越“小”，库伦斥力就越强，束流品质越容易被破坏。除此之外，在对撞机中，还存在对撞点处碰撞束流间的束-束效应、轫致辐射等等。既然咱们毕竟不是在上加速器物理课程，就不再一一罗列了。总而言之，各种集体效应可能诱发束流的各种不稳定，后果不太严重的可能使得束流寿命缩短、品质下降，后果严重的可能直接导致束流丢失，称为“相干不稳定性”。
对未来加速器大科学装置的束流物理研究，主要的工作就是优化与平衡上述问题。在这里，我们使用的词不是“解决”，而是“优化与平衡”，这是工程科学与基础科学最大的区别所在。与其他的物理门类相比，束流物理偏向于解决问题、提供方案，所有的结论都必须切实可行，而其他的物理门类更侧重于观察现象和提出解释。在实际的工程设计与建设中，我们很难得到“所有性能指标都完美”的解答，一般只能根据现有技术水平或者可预期的技术发展，在各种性能指标中寻求一个平衡的综合最优解。为此，要分清各指标的权重和优先顺序，再考虑工程代价等因素；“获得一个或几个突出指标并发表论文”，并不是加速器物理学家的首要工作。
回过头来看本节的开头，我们仍然有一个要点待提及。超高加速梯度的新加速机制始终是本学科的前沿，目前最亮点的工作主要集中于激光和等离子体尾场加速领域，但综合考虑束流品质和成本，距离建设向用户开放的科学装置尚需时日。
学科的发展
回首过去六十年，中国粒子加速器事业的几代前辈呕心沥血，为我国大科学装置的建设和核科学技术的发展做出了卓越的贡献。当前，世界各地再一次兴起了加速器大科学工程的建设热潮；同时，粒子加速器作为非动力学核技术的发动机，在人民生活中越来越发挥重要作用，在涉及工业、农业、医疗健康、环境保护、资源勘探和公共安全等领域，未来可能达到数万亿美元的市场规模。可以说，当前正是粒子加速器学科发展的最佳时机。
另一方面，我国的大科学工程事业发展至今，也存在着一些缺憾，在未来的历史进程中，随着我们的决策和管理更科学，这些缺憾或许会得以弥补：
首先，某些时候存在着“重政治，轻科学”的倾向。如欧洲的LHC建造完成后，其运行设置了若干个阶段性指标，如试运行Pilot、标准运行Nominal以及远期目标Ultimate，并不认为没有达到Ultimate指标就不可通过验收。而我国的科学工程建设或大型设备研发，某些时候可能预先设置特别抢眼的指标，也没有分步的调试计划，最终验收严格遵循指标自然困难重重。而如果不设置超额指标，又难以争取立项。来自政治习惯和竞争机制的压力可能是大部分科研工作者都经历过的考验。
其次，很多时候存在着“重建设，轻运维”，“重首次，轻升级”的“一步到位”思想，对大装置首次运行的指标特别重视，而对后续持续升级的支持不足，影响了工程科学性、先进性的保持和总体效益的发挥。事实上，大科学装置是长期运行中取得收益的设施，在此期间要不断地通过调试和规模不等的升级保持其性能维持在领域前沿，才能充分发挥其作用。
最后，现行体制下工程人才队伍严重缺乏。我国科学界优秀的论文越来越多、很多领域优秀乃至杰出的俊才层出不穷，但对大科学工程的人才培养则相对滞后。以加速器光源为例，我国在化学、生物学和材料科学领域人才济济，不少省属高校都有领军学者，工程建成后的用户专家队伍是相对能够保证的；而其前提条件，即能够拓展新工程方向、保障工程建成、不断改进提升其性能的工程专家却极大不足，2011年至2019年间，全国粒子加速器大科学装置领域仅有6人入选“四青”级国家人才计划。其后果显而易见：一来，在高校待遇看帽子与论文、职称竞争日益激烈化和残酷化的今天，高校中培养和吸引工程技术人才日益困难；二来，产业界加速器人才日益受欢迎的情况下，加速器专业的招生总体上仍可勉强保证，但毕业后进入科研单位工作的比例和质量总体呈下滑趋势。
在可预见的未来，大型粒子加速器的相关研究将仍然是本学科的核心前沿，高品质束流的实现与测量、对新加速器原理的探索与实践仍将是主要的话题。另一方面，随着粒子加速器与人民日常生活的联系日益紧密，束流物理与加速器技术学科的发展也将日益与其他工程学科趋同，在小型仪器仪表、民用产业领域持续不断地深入其影响力。产业界对人才的吸引力日益上升，这是工程学科人才培养贴近应用、贴近生产力的合理发展趋势，并不可能由行政命令所扭转；反过来，当加速器学科培育了重要的产业，也就能像计算机、仪器、化工和制药等领域一样，由市场真正反哺科学。只有当我们能随时从市场上以市场价格募集优秀的加速器人才，“化零为整”来承接大科学工程，才能够在工程结束后将其中相当一部分还给产业界，“化整为零”。这是实现人力资源、技术资源和管理资源的供给保障的根本途径。如果要谈粒子加速器学科如何融入“新工科”的发展，推进前沿原理性研究和产业应用性研究将是重要的策略。或者说，只有不断推进前沿原理性研究和产业应用性研究，才能在长远的未来保障大装置的建设的完成与工程能力的提高。