这是粒子物理学的一次巨大成功——许多人都渴望参与其中。2012年，利用世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机 (LHC) 发现了希格斯玻色子，这促使日本科学家提出主办其继任者。该机器将以大型强子对撞机的成功为基础，极其精细地测量希格斯玻色子和其他已知或即将发现的粒子的特性。
但正如 8 月 8 日在芝加哥举行的国际高能物理会议 (ICHEP) 上的讨论所表明的那样，粒子物理学的下一步发展现在看来不太确定。很大程度上取决于大型强子对撞机是否会挖掘出标准粒子物理模型之外的现象——它尚未做到这一点，但物理学家仍然对此抱有期望——以及中国建造大型强子对撞机继任者的计划是否会向前推进。
当日本科学家提议主办国际直线对撞机 (ILC) 时，一群国际科学家已经起草了其设计方案。ILC 将使电子和正电子沿着 31 公里长的轨道碰撞，这与 27 公里长的大型强子对撞机形成对比，后者使质子在位于欧洲粒子物理实验室 CERN 的环形轨道中碰撞。
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由于质子是由夸克组成的复合粒子，碰撞会产生大量的碎片。相比之下，ILC 的粒子是基本粒子，因此可以提供更干净的碰撞，更适合精确测量，这可能会揭示与预期行为的偏差，从而指向标准模型之外的物理学。
希格斯研究
对于物理学家来说，详细研究希格斯玻色子和最重的“顶”夸克（第二个最近发现的粒子）的机会，足以成为建造该设施的理由。日本文部科学省 (MEXT) 预计将在 2016 年就是否主办该项目（可能在 2030 年左右开始实验）做出决定。但日本文部科学省咨询小组去年表示，仅靠研究希格斯玻色子和顶夸克的机不会证明建造 ILC 是合理的，并且它将等到大型强子对撞机首次最高能量运行结束（计划于 2018 年）之后再做出决定。
日本高能加速器研究机构 (KEK) 总干事山内正典在关于未来设施的 ICHEP 会议上表示，这意味着该小组尚未被 ILC 的论点说服，即无论大型强子对撞机发现什么，都应该建造 ILC。“这就是他们声明中隐藏的含义，”他说。
如果大型强子对撞机发现新现象，这些现象将进一步为 ILC 研究提供素材，并加强建造高精度机器的理由。
美国物理学家长期以来一直支持建造直线对撞机。山内说，一个由文部科学省和美国能源部组成的联合小组正在讨论降低 ILC 成本的方法，目前估计成本为 100 亿美元。降低约 15% 是可行的——但他补充说，日本需要其他国家的资金承诺才能正式同意主办。
中国竞争者
紧随日本之后的是中国团队。在希格斯玻色子被发现后的几个月里，由北京高能物理研究所所长王贻芳领导的物理学家团队提出了一个计划，计划在 2030 年代主办一台对撞机，部分资金也来自国际社会，重点是精确测量希格斯玻色子和其他粒子。
这个 50-100 公里长的电子-正电子对撞机是环形的而不是线性的，它不会达到 ILC 的能量。但这将需要创建一个隧道，以便以大大降低的成本建造一台类似于大型强子对撞机但更大的质子-质子对撞机。
王贻芳在 ICHEP 会议上表示，今年王贻芳及其团队从中国科技部获得了约 3500 万元人民币（500 万美元）的资金，用于继续该项目的研发。上个月，中国国家发展和改革委员会驳回了该团队进一步提出的 8 亿元人民币的请求，但王贻芳表示，其他融资渠道仍然畅通，该团队现在计划专注于提高国际社会对该项目的兴趣。
山内说，中国提出的方案肯定了全球对希格斯物理学的兴趣，这加强了日本建造 ILC 的理由。但如果中国方案得以实施，可能会从 ILC 中吸走国际资金，并使其未来变得更加不稳定。“这可能会产生负面影响，”他说。
超级大型强子对撞机
未来，利用中国的电子-正电子对撞机作为巨型质子-质子对撞机的基础，可能会干扰 CERN 自己建造周长 100 公里的环形机器的计划，该机器将以超过大型强子对撞机 7 倍的能量将质子碰撞在一起。在 2030 年代中期之前，CERN 将忙于升级，这将提高大型强子对撞机质子束的强度——但不会提高能量。到那时，中国可能已经拥有合适的隧道，这可能会使为“超级大型强子对撞机”争取支持变得更加困难。
在 ICHEP 上，CERN 总干事法比奥拉·贾诺蒂提出了一个临时想法：到 2035 年左右，通过安装新一代超导磁体，将大型强子对撞机的能量提高到超出目前的设计水平。贾诺蒂说，如果大型强子对撞机在 14 TeV 时发现新的物理现象，那么将能量从 14 万亿电子伏特 (TeV) 适度提高到 20 TeV 将具有强大的科学依据。其 50 亿美元的价格标签可以从 CERN 的常规预算中支付。
几十年来，连续的设施都发现了标准模型预测的粒子，而大型强子对撞机及其任何拟议的继任者都不能保证会发现新的物理现象。在 ICHEP 会议上提出的问题揭示了与会者的一些反思，包括呼吁让年轻的高能物理学家对该领域的未来放心，以及思考是否应该将资金更好地用于其他方法，而不是建造更大的加速器。
事实上，美国正在押注中微子，这种基本粒子可能会揭示标准模型之外的物理学，而不是对撞机。位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室 (Fermilab) 希望通过主办耗资 10 亿美元的长基线中微子设施，成为世界中微子物理学的中心，该设施将于 2026 年开始向一系列探测器发射中微子。资金将需要获得美国国会在 2017 年的批准。但在 ICHEP 会议上，费米实验室主任奈杰尔·洛克耶尔充满信心：“我们已经过了不归路。这正在发生。”
本文经许可转载，并于2016 年 8 月 19 日首次发表。