当欧洲的大型强子对撞机（LHC）在2008年启动时，粒子物理学家们在他们价值50亿美元的机器开始工作之前，不会梦想着要求更大的机器。但是随着2012年希格斯玻色子的发现，LHC已经实现了其最初的承诺——物理学家们开始对设计一台有朝一日可能取代它的机器感到兴奋：超大型强子对撞机（VLHC）。
“尝试描绘几十年后的愿景是明智的，”位于加利福尼亚州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室的理论物理学家迈克尔·佩斯金说道，他于11月2日向美国政府顾问小组介绍了VLHC的概念。
这台巨型机器将使它所有的前辈都相形见绌（见“指环王”）。它将以大约100太电子伏特（TeV）的能量碰撞质子，而位于瑞士日内瓦附近欧洲粒子物理实验室CERN的LHC计划的能量为14 TeV。而且它将需要一个周长为80-100公里的隧道，而LHC的周长为27公里。在过去的十年左右，全球范围内用于开发该概念的研究资金很少。但是今年夏天，在明尼苏达州明尼阿波利斯举行的Snowmass会议上——数百名粒子物理学家聚集在一起为他们领域的长期未来设想机器——VLHC概念脱颖而出，成为最受欢迎的概念。
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一些物理学家警告说，VLHC只是全球粒子物理议程的一小部分。其他优先事项包括：升级LHC，该项目于二月份关闭了两年，以将其能量从7 TeV提高到14 TeV；计划在日本建造一个国际线性对撞机，以碰撞电子和正电子束，作为对LHC质子研究结果的补充；以及一项在美国的主要项目，以利用在伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室产生的高强度中微子束。伊利诺伊州芝加哥大学的粒子物理学家、Snowmass会议的召集人乔纳森·罗斯纳表示，这些即将到来的项目应该是重点。“现在强调VLHC还为时过早，”他说。
在某些方面，对VLHC的兴趣表明粒子物理学家正在回归本源，推动向更高的能量发展，以寻找自然的根本构建块。
但是，他们将不得不证明这一点。希格斯粒子的发现支持了这样一种观点，即一些粒子之所以具有质量，是因为它们与普遍存在的、类似糖浆的希格斯场相互作用。然而，该发现的许多方面仍未得到理解，包括为什么希格斯粒子的质量如此之大。解释其重量的一种方法是通过超对称理论，在该理论中，已知的粒子与可能在更大的粒子对撞机中观察到的更重的粒子耦合。尽管LHC尚未检测到任何超对称的迹象，但佩斯金希望在本十年末之前会出现一些暗示，这将有助于为更大的机器的设计提供信息。
更大的机器的倡导者之一是新泽西州普林斯顿高级研究所的理论物理学家尼玛·阿卡尼-哈米德。12月，他将帮助在北京启动一个名为未来高能物理中心的研究所。他说，该研究所的明确使命之一是探索未来的质子对撞机可能研究的物理学。马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的加速器物理学家威廉·巴莱塔说，这项工作对于确定能够最大限度地提高每美元科学产出的机器尺寸至关重要。“我们不会仅仅给出挥手致意的论证，”他说。
巴莱塔补充说，要建造一台100 TeV的机器，物理学家将需要开发能够在比当前一代更高的磁场下运行的超导磁体，可能为20特斯拉而不是14特斯拉。这种磁体的一种主要候选材料是铌锡，它可以承受更高的磁场，但价格昂贵，并且必须冷却至18开尔文以下。
CERN正在制定自己的类似于VLHC的对撞机计划。CERN加速器物理学家迈克尔·贝内迪克特正在领导一项“超高能大型强子对撞机”的研究，该对撞机将穿过日内瓦湖。它将具有与建议的VLHC相同的关键参数：周长为80-100公里，碰撞能量为100 TeV。贝内迪克特建议，建设工作可能会在2020年代开始，以便该机器可以在LHC于2035年左右永久关闭后不久完成。“人们不希望在高能物理学方面出现巨大的空白，”他说。他补充说，现在提供价格标签还为时过早。但是其他物理学家推测，下一代对撞机的成本必须低于100亿美元，该项目才在政治上可行。
本文经《自然》杂志许可转载。 该文章于2013年11月12日首次发表。