防走失，電梯直達
安全島報人劉亞東A來源：今日新材料
作者：今日新材料
中國江門中微子實驗站，工作人員的施工現場工作。
中國南部廣東附近的江門中微子實驗站(JUNO) 無疑是大科學裝置。中心是一個巨大的球體，裡面裝滿了2萬噸液體，並安置在約700米深的地下實驗室裡，旨在回答粒子物理學中的基本問題。這是迄今為止建造的同類儀器中，最大、最靈敏的大科學儀器。
中國西南部四川省的中國錦屏地下實驗室（China Jinping Underground Laboratory）也有類似規模。尋找暗物質的實驗，最近已經擴大到世界上最大和最深的地下實驗室，位於錦屏山下2400米處。地球系統數值模擬裝置（EarthLab）位於北京，是模擬地球氣候系統的高效能虛擬實驗室；高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）位於四川，使用遍佈青藏高原的探測器陣列，以掃描高能宇宙射線和γ射線，這是中國在過去兩年中推出的另外兩個大型基礎設施科學設施。還有其他設施正在建設中，包括北京的高能光子源，這是中國第一個高能同步輻射設施，將於2025年投入使用。
華盛頓特區非營利組織中美研究所（Institute of China-America Studies）的傑出研究員丹尼斯·西蒙（Denis Simon）說，中國在全球研究領域迅速崛起的下一個階段，將是關注大科學。在2022年自然指數中，中國的自然科學產出已經超過了美國，現在領先了近5000個份額。西蒙說，建造和運營大型設施的聲望，會進一步鞏固中國作為科學超級大國的地位，這些大科學裝置旨在產生大量資料和見解，可用於多個領域和行業。
大科學附帶了機遇是中國的一大吸引力。例如，從歐洲核子研究組織（CERN）的大型粒子加速器中衍生出來的技術，已經徹底改變了醫學成像，並引發了全球資訊網的發展。現在廣泛用於智慧手機、網路攝像頭和其他產品的微型相機技術，可以追溯到美國國家航空航天局（NASA）的星際任務工作。西蒙說：“中國仍在尋找突出其發展速度的重大突破。”但還有另一個因素推動中國積累大科學基礎設施，他補充說：“中國想要贏得諾貝爾獎。”
考慮到中國研究團體的規模，中國的諾貝爾獎數量非常低。中國近期唯一一項獲獎研究——2015年諾貝爾生理學或醫學獎，獲獎原因是發現了治療瘧疾的藥物青蒿素——是為了表彰主要在20世紀70年代進行的研究。西蒙說，贏得更多的諾貝爾獎，以肯定中國在全球科學領域的領先地位，這是中國領導人公開討論的事情。“這在一定程度上與民族自豪感有關——這是一種不斷鼓舞士氣的方式，表明中國不再是跟隨者，而是可以成為領導者。”
從歷史上看，世界上大多數大科學專案都是由美國、歐洲和日本主持的，這些國家在中國於1984年啟動的第一個重大科學基礎設施——北京正負電子對撞機（BEPC）之前幾十年就開始建設設施了。但中國很快就迎頭趕上。西蒙說：“ 1980年，當中國決定開始與西方合作時，關係非常不對稱，中國遠遠落後。”他補充說，現在，中國的立足點更加均衡，“甚至在某些研究領域或子領域處於領先地位”。
例如，在粒子物理學中，經過一系列升級後，北京正負電子對撞機BEPC成為世界上第一臺探測到已確認的“四夸克”（一種奇異形式的亞原子物質）的儀器(M. Ablikim et al. Phys. Rev. Lett. 110, 252001; 2013)。在天體物理學中，高海拔宇宙線觀測站LHAASO捕捉到了，迄今為止探測到的最高能量γ射線爆發，這一事件以至於挑戰了物理學的經典理論 (The LHAASO Collaboration Sci. Adv. 9, eadj2778; 2023)。西蒙說：“在這個時代，中國是更加積極主動、更有影響力的參與者，正在塑造遊戲規則。”
這種轉變，將如何影響全球研究生態系統，還有待觀察。柏林馬克斯·普朗克科學史研究所（Max Planck Institute for the History of Science）研究小組的負責人安娜·麗莎·阿勒斯（Anna Lisa Ahlers）表示：“目前正在進行的討論，包括中國國內的討論，表明中國在國際科學中發揮了重要作用，只是處於前沿，擅長於高質量的後續工作，而不是自己開創新的趨勢。”“如果建立了其他國家沒有的科學基礎設施，這種情況可能會改變，”她說。在今年早些時候的一次政策會議上，習近平呼籲在科技領域進行更多的“顛覆性創新”，並將國家的科學預算提高了10%，儘管整體經濟增長緩慢。
高壓科學
中國新的大科學基礎設施，能否帶來預期的收益，很大程度上取決於位於北京的中國科學院（CAS），這是世界上最大的科學研究機構，負責建設和運營中國大部分的大科學設施。作為中國最重要的研究資金接受者，中國科學院有望提供中國領導層渴望的改變遊戲規則的研究發現。西蒙說：“中國科學院一直認為，如果中國想成為科技大國，就需要提升基礎研究，包括大科學基礎設施。”目前大科學裝置的願望實現了，此刻中國科學院是該交卷的時候了，為此也承受著很大的壓力。在中國領導人中，有一種對整個系統的不斷告誡：你必須做得更好you’ve got to do a better job。
在中國錦屏地下實驗室，研究人員注入液態氮。來源：Imago/Alamy
中國科學院在建設如此龐大的專業基礎設施時，面臨的個主要挑戰之一是，由於多個專案同時啟動，中國精英人才正變得捉襟見肘。例如，在中國重要的研究領域高能光子科學中，由於地方政府資助的專案與中國科學院和北京、上海的其他研究機構，正在開發的專案相互競爭，這些設施正在互相poaching挖人。“我不確定讓這麼多基礎設施專案同時（執行）是否明智，”德國漢堡基礎科學研究所德國電子同步加速器（German Electron Synchrotron）的區域研究研究員馬庫斯·康萊（Marcus Conlé）說。Conlé去年作為代表團的一員訪問了中國，探索潛在的研究合作。
康萊說，中國許多大科學專案的設施優先方法是另一個痛點。“在歐洲，這一過程，將是研究人員提出一項超出現有研究基礎設施限制的實驗，然後提出建造新儀器的理由。”在中國，有更多的動力來建造儀器，以獲得世界第一的地位——尤其是在基礎設施由地方政府資助的情況下——“然後科學家們，試圖找出如何使用大科學裝置的方法，”康萊說。他補充說，這種情況反映出了，中國在建造和操作此類大科學裝置儀器方面，經驗相對不足，儘管在上海等主要研究中心，這種情況正在迅速改變。
哥倫布市俄亥俄州立大學（Ohio State University）研究國際科學合作的公共政策研究員卡羅琳·瓦格納（Caroline Wagner）說，透過合作，向其他國家學習，對中國的大科學未來，具有非常重要的戰略意義，儘管中國與西方的政治關係依然緊張。Wagner指出，中國投資的大部分大科學基礎設施都是，世界領先的海外設施科學家協商設計的。她說：“研究人員知道，必須加強國際交流與合作，才能提高研究工作質量，例如，我們可以從俄羅斯的經驗中，看到這一點。”
一些西方國家擔心，中國的合作研究關係等同於單向的技術轉讓。因此，Ahlers說，“中國大學正在說服國際科學家”在中國工作，卻“變得更加困難”。然而，中國的大科學裝置專案，具有更強大的吸引力。Ahlers說：“要成為全球科學強國，需要吸引國際研究人員，而這正是這些大科學基礎設施專案，正在做的事情。”“許多研究人員真的想去這些獨特的大科學基礎設施，因為這是在其他地方無法獲得的新資料來源。”
康萊說，中國對大科學的投資，也可以帶來全球利益。他表示：“中國合作伙伴的合作變得越來越困難，但也越來越有趣。”“在過去，這通常涉及在歐洲設施的合作——但現在也可以是在中國的大科學裝置合作。”
西蒙還看到了中國推動大科學裝置，對全球科學的主要好處。“需要睜大雙眼，”他說。“但是，如果西方在'互惠互利mutual benefit'這個詞有一些潛在含義的時候，離開中國，那將是不明智的——因為這種人才流動，不僅可以從西方流向東方，而且現在也可以從東方流向西方。”
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Nature 630, S6-S7 (2024)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-01597-1
https://www.nature.com/articles/d41586-024-01597-1
本文譯自Nature，英文作者是澳大利亞自由撰稿James Mitchell Crow