本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在大型强子对撞机（LHC）上发现希格斯粒子，标志着在理解物质更深层结构的漫长旅程中迈出了里程碑式的一步。今天，粒子物理学致力于推进各种实验方法，从中我们可以获得关于宇宙创造以及神秘而难以捉摸的暗物质本质的基本问题的新答案。
这样的努力需要一台后LHC粒子对撞机，其能量能力要显着高于以前的对撞机。这就是欧洲核子研究中心（CERN）未来环形对撞机（FCC）的想法的由来——这台机器可以使新物理学的探索进入高速运转。为了理解这个提议的有效性，我们应该从头开始，再次问问自己：物理学是如何进步的？
许多人认为，伟大的革命完全是由新理论驱动的，而实验则扮演着电影群众演员的角色。老套的故事是这样的：理论家提出猜想，实验仅仅用于检验这些猜想。毕竟，我们大多数人都宣称钦佩爱因斯坦的相对论或量子力学，但很少有人停下来思考，如果没有迈克尔逊-莫雷、斯特恩-格拉赫或黑体辐射实验的贡献，这些令人敬畏的理论是否能够实现。
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尽管这种简单的图景与物理学随着时间推移发展的创造性和常常令人惊讶的方式相去甚远，但它在科学家中仍然相当普遍。在讨论像欧洲核子研究中心（CERN）拟议的FCC这样的未来设施时，可以看到其有害的影响。
在2012年发现希格斯玻色子之后，我们终于拼齐了物理学标准模型（SM）的所有拼图碎片。然而，关于暗物质、中微子质量以及观测到的物质与反物质之间不平衡的未知数是众多迹象之一，表明标准模型不是基本粒子及其相互作用的终极理论。
已经开发出相当多的理论来克服围绕标准模型的问题，但到目前为止，还没有一个理论得到实验验证。这一事实使物理学界充满了期待。最终，科学一次又一次地表明，它可以找到新的、创造性的方法来克服其前进道路上设置的任何障碍。其中一种方法是让实验发挥主导作用，以便它可以帮助推动陷入困境的粒子物理学马车走出泥潭。
在这方面，欧洲核子研究中心（CERN）于2013年启动了FCC研究，这是一项全球性努力，旨在探索粒子对撞机的不同方案，这些方案可以开启后LHC时代，并推进关键技术。一个分阶段的方法，它包括建造一个电子-正电子对撞机，然后是一个质子对撞机，这将比LHC的能量跃升八倍，从而使我们能够直接进入以前未探索的领域。这两台对撞机都将安置在一个新的100公里周长的隧道中。FCC研究补充了欧洲和日本先前对线性对撞机的设计研究，而中国也有类似的建造大型环形对撞机的计划。
未来的对撞机可以提供对希格斯性质的深入理解，但更重要的是，它们代表了一个在前所未有的能量尺度上探索未知领域的机会。正如欧洲核子研究中心（CERN）理论物理部门负责人吉安·朱迪切（Gian Giudice）所说：“高能对撞机仍然是继续探索宇宙内部运作方式不可或缺且不可替代的工具。”
然而，在缺乏关于难以捉摸的新物理学可能位于何处的明确理论指导的情况下，一些人认为FCC是一项值得怀疑的科学投资。然而，物理学史提供了证据来支持不同的观点：实验常常在科学进步中发挥主导和探索作用。
正如杰出的物理学史学家彼得·加利森（Peter Galison）所说，我们必须“从物理学的贵族式观点中退下来，这种观点将这门学科视为所有有趣的问题都由高理论构建。” 此外，相当多的实验在没有成熟理论指导的情况下就已经实现，而是为了探索新领域而进行的。让我们研究一些有启发性的例子。
在16世纪，丹麦国王弗雷德里克二世资助了乌拉尼堡，这是一个早期的研究中心，第谷·布拉赫（Tycho Brahe）在那里建造了大型天文仪器，例如巨大的壁象限仪（不幸的是，望远镜是在几年后发明的），并进行了许多以前不可能进行的详细观测。一个前所未有的巨大实验结构的实现，改变了我们对世界的看法。第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的精确天文测量使约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）能够发展他的行星运动定律，并为科学革命做出重大贡献。
电磁学的发展是另一个恰当的例子：许多电现象是由物理学家（如查尔斯·杜费（Charles Dufay）、安德烈-玛丽·安培（André-Marie Ampère）和迈克尔·法拉第（Michael Faraday））在18和19世纪通过没有成熟的电学理论指导的实验发现的。
更接近现代，我们看到整个粒子物理学的历史确实充满了类似的案例。在第二次世界大战之后，持续而艰苦的实验努力是粒子物理学领域的特征，正是这种努力使得标准模型通过新发现粒子的“动物园”而出现。作为一个突出的例子，夸克，质子和中子的基本组成部分，是在20世纪60年代后期在斯坦福线性加速器中心通过一系列探索性实验发现的。
大多数实践物理学家都认识到实验作为探索过程的特殊重要性。例如，维克托·“维基”·魏斯科普夫（Victor “Viki” Weisskopf），欧洲核子研究中心（CERN）的前任主任，也是现代物理学的偶像，他清楚地掌握了粒子物理学背景下实验过程的动态
“物理学家有三种，即机器建造者、实验物理学家和理论物理学家。如果我们比较这三个类别，我们发现机器建造者是最重要的，因为如果他们不存在，我们就无法进入这个小尺度的空间区域。如果我们将这与美洲的发现进行比较，机器建造者相当于当时的船长和造船者，他们真正发展了技术。实验主义者是那些在船上航行到世界另一端，然后跳上新岛屿并写下他们所见所闻的人。理论物理学家是那些留在马德里并告诉哥伦布他将要登陆印度的人。”（Weisskopf1977）
尽管他本人是一位理论物理学家，但他能够认识到粒子物理学中实验的探索性特征。因此，他的话语令人毛骨悚然地预示了现在的时代。正如我们这个时代最受尊敬的理论物理学家之一尼玛·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）在最近的一次采访中声称，“当理论家更加困惑时，是时候进行更多而不是更少的实验了。”
目前的FCC致力于保持先前传说中的对撞机的探索精神。它并非旨在用作特定理论的验证工具，而是作为为未来铺设多条实验路径的手段。应该允许实验过程发展其自身的动力。这并不意味着实验和仪器不应与理论界保持密切联系；归根结底，只有一个物理学，它必须确保其统一性。