危机？什么危机？粒子物理学的未来一直是近期的主要讨论话题，关于下一代高能对撞机的决策与对是否应该首先建造如此巨大（且极其昂贵）的超级机器的怀疑形成对比。许多物理学家表示，这种批评是没有道理的，但承认围绕未来深入亚原子领域的探索计划存在深刻的不确定性。
上周晚些时候，日本宣布将推迟其决定是否建造一个名为国际直线对撞机（ILC）的新设施。在其他目标中，这台绵延20公里、耗资估计为75亿美元的巨型机器将能够对希格斯玻色子进行前所未有的研究——希格斯玻色子是一种神秘的粒子，它赋予其他粒子质量，于2012年由瑞士欧洲核子研究中心（CERN）专门建造的大型强子对撞机（LHC）发现。日本对国际直线对撞机的谨慎态度是粒子物理学领域未来走向何方挥之不去的不确定性的症状。“目前是粒子物理学的一个有趣时刻，因为标准模型的最后一块重要拼图是在希格斯玻色子的发现中找到的，”英国利物浦大学物理系主任卡斯滕·韦尔施说。“现在的问题是，接下来会发生什么？”
世界各地的物理学家都在密切关注日本关于国际直线对撞机的辩论，因为对该项目的“是”或“否”可能会引发多米诺骨牌效应，导致其他国家的类似计划被取消或批准。欧洲和中国都在考虑建造自己的新对撞机，但他们的最终决定将很大程度上取决于其他地方发生的事情。“如果日本政府表示他们真的想建造国际直线对撞机，那肯定会对欧洲战略产生巨大影响，”伦敦大学学院（U.C.L.）的乔恩·巴特沃思说，他是英国欧洲核子研究中心理事会粒子物理学欧洲战略的代表。“鉴于他们实际上已经说了‘暂时不’，那也将产生影响。”
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目前粒子物理学的主要争论涉及研究人员接下来应该尝试回答哪些问题。希格斯玻色子的发现基本上完成了物理学的标准模型，该理论支配着我们对亚原子世界的理解，并规定了除引力之外的所有已知基本力应如何共同作用（引力是明显的遗漏）。然而，科学家们现在想知道我们是否应该进一步探索这个领域，制造所谓的“希格斯机器”来大量生产希格斯玻色子，或者我们是否应该寻求通过以越来越高的能量粉碎粒子来更深入地潜入物理前沿。“我们正处于一场革命的风口浪尖，但我们真的不知道这场革命将来自何方，”大型强子对撞机的粒子物理学家、杜克大学博士后研究员詹姆斯·比查姆说。“这太令人兴奋和诱人了。我认为现在是成为粒子物理学家的最好时机。”
目前，大型强子对撞机仍然是地球上最强大的粒子对撞机——并且目前正在进行升级，以保持其在2020年代的领先地位。但是，更大的环形对撞机将达到比大型强子对撞机更高的能量，使物理学家能够探测亚原子领域的新部分。今年早些时候，欧洲核子研究中心公布了一项关于此类机器的提案，称为未来环形对撞机（FCC），它将使用100公里长的环形隧道，使其功率超过大型强子对撞机10倍，达到100太电子伏特（TeV）的能量。然而，这样一台机器可能耗资超过200亿美元，并且只能在2050年代开始运行，这导致一些批评家质疑这是否是正确的道路。
更复杂的是中国自己关于类似大型对撞机的计划，称为环形正负电子对撞机（CEPC）。大多数专家都认为，几乎没有必要同时建造环形正负电子对撞机和未来环形对撞机，因此欧洲正在讨论是否与中国合作进行此类项目，单方面建造未来环形对撞机，还是让中国单独进行环形正负电子对撞机。这些问题将在定于2020年1月起草的粒子物理学欧洲战略中得到正式解决。“我认为没有空间容纳两台如此规模的机器，”韦尔施说。
欧洲核子研究中心还提出了一个类似于日本国际直线对撞机的直线对撞机提案，称为紧凑型直线对撞机（CLIC）。同样，几乎不需要国际直线对撞机和紧凑型直线对撞机，因此日本关于是否继续进行的最终决定可能会有效地决定欧洲的决定。与此同时，正在开发两项下一代非对撞机实验，一项在美国，称为深度地下中微子实验（DUNE），另一项在日本，称为超级神冈探测器（HK）。这两个项目都旨在对中微子进行突破性研究，中微子是几乎没有质量的粒子，它们表现出超出标准模型物理学的微妙暗示。
这一系列的探测器和实验表明，尽管粒子物理学远未面临危机，但它肯定正处于十字路口。此外，所有提案之上都漂浮着这样一种观点，即最明智的方法是完全推迟新机器的建造，直到潜在的突破性技术可用为止。一种这样的技术是等离子体尾场加速，与当今对撞机中使用的庞大而昂贵的电磁体相比，这是一种使用等离子体加速粒子的更便宜、更有效的方法。“每个人都在懒洋洋地关注着它，有些人正在进行全职研究，”比查姆说。“但在几十年甚至更长时间内，它真的不可能用于巨型对撞机。”
一些科学家甚至认为，考虑到目前粒子物理学的沉寂，现在考虑像未来环形对撞机这样昂贵的、历时数十年的项目还为时过早。他们认为，就环形对撞机而言，我们将在寻找我们甚至不确定存在的物理学。最糟糕的情况将是一个能量超出大型强子对撞机可实现能量的项目，该项目只会揭示一些理论家所称的“荒漠”，这是一个贫瘠的区域，否则没有任何新发现。“下一个更大的对撞机将非常昂贵，并且没有明确的发现潜力，”德国法兰克福高等研究院的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德说。“如果大型强子对撞机在即将到来的运行和高亮度阶段看不到任何东西，那么我认为此时建造更大的对撞机不是一项好的投资。”
英国前首席科学顾问戴维·金爵士甚至更进一步，建议可能是时候结束我们所知的粒子物理学了，这不仅是因为新发现的回报可能会减少，而且还因为下一代机器将为应对更紧迫的问题带来机会成本。“我很高兴在未来环形对撞机上划清界限，祝贺所有粒子物理学家完成了令人惊叹的工作，但建议他们转向基础科学的其他极其具有挑战性的方面，”他说。“我说这话时，人类正面临着有史以来可能面临的最大危机，即气候变化。我认为我们的智力资源应该集中在这方面。”
大多数顶尖物理学家可以理解地不同意这种观点。“只有对科学一无所知的人才会相信我们正处于粒子物理学的末期，”欧洲核子研究中心理论物理系主任吉安·朱迪切说。“仍然有很多悬而未决的问题需要解答。”
这些问题包括寻找弱相互作用大质量粒子（WIMP），这是暗物质的主要候选者，它可能——但不一定——在诸如未来环形对撞机之类的机器中出现。科学家们也热衷于测试超对称性，即标准模型中的每个粒子都有一种“伙伴粒子”。当然，还有令人困扰的物质-反物质问题——即，如果物质和反物质在大爆炸中以相等的量产生并相互湮灭，那么少量物质是如何设法幸存下来的？
粒子物理学家可能无法保证未来的数十亿美元对撞机能够回答这些问题，这也许并不令人意外——否则，按照逻辑，提出这些问题又有什么意义呢？但即使那些期望中的未来设施出现，但未能结出最丰硕的果实，在此过程中获得的知识，甚至可能是在更高能量水平上未发现的机会，也呈现出自身诱人的前景。“我们面临着一些巨大的问题，一些我们不了解宇宙的事情，”康奈尔大学加速器科学与教育实验室主任里奇·帕特森说。“如果有可能找到答案，那么我们就需要去追求它。”
未来一年的讨论对于决定采取什么方向（如果采取方向的话）至关重要。“在理想的世界中，我们将拥有像未来环形对撞机这样达到100 TeV的机器，并且我们还将拥有其中一台真正了解希格斯玻色子的‘镊子’机器，”比查姆说。但这是否会成为现实还有待观察。“现在比我职业生涯中任何时候都更令人兴奋和更不确定，”巴特沃思说。