當歐洲的大型強子對撞機（LHC）在2008年啟動時，粒子物理學家們在他們價值50億美元的機器開始工作之前，不會夢想著要求更大的機器。但是隨著2012年希格斯玻色子的發現，LHC已經實現了其最初的承諾——物理學家們開始對設計一臺有朝一日可能取代它的機器感到興奮：超大型強子對撞機（VLHC）。
“嘗試描繪幾十年後的願景是明智的，”位於加利福尼亞州門洛帕克的SLAC國家加速器實驗室的理論物理學家邁克爾·佩斯金說道，他於11月2日向美國政府顧問小組介紹了VLHC的概念。
這臺巨型機器將使它所有的前輩都相形見絀（見“指環王”）。它將以大約100太電子伏特（TeV）的能量碰撞質子，而位於瑞士日內瓦附近歐洲粒子物理實驗室CERN的LHC計劃的能量為14 TeV。而且它將需要一個周長為80-100公里的隧道，而LHC的周長為27公里。在過去的十年左右，全球範圍內用於開發該概念的研究資金很少。但是今年夏天，在明尼蘇達州明尼阿波利斯舉行的Snowmass會議上——數百名粒子物理學家聚集在一起為他們領域的長期未來設想機器——VLHC概念脫穎而出，成為最受歡迎的概念。
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一些物理學家警告說，VLHC只是全球粒子物理議程的一小部分。其他優先事項包括：升級LHC，該專案於二月份關閉了兩年，以將其能量從7 TeV提高到14 TeV；計劃在日本建造一個國際線性對撞機，以碰撞電子和正電子束，作為對LHC質子研究結果的補充；以及一項在美國的主要專案，以利用在伊利諾伊州巴達維亞的費米國家加速器實驗室產生的高強度中微子束。伊利諾伊州芝加哥大學的粒子物理學家、Snowmass會議的召集人喬納森·羅斯納表示，這些即將到來的專案應該是重點。“現在強調VLHC還為時過早，”他說。
在某些方面，對VLHC的興趣表明粒子物理學家正在迴歸本源，推動向更高的能量發展，以尋找自然的根本構建塊。
但是，他們將不得不證明這一點。希格斯粒子的發現支援了這樣一種觀點，即一些粒子之所以具有質量，是因為它們與普遍存在的、類似糖漿的希格斯場相互作用。然而，該發現的許多方面仍未得到理解，包括為什麼希格斯粒子的質量如此之大。解釋其重量的一種方法是透過超對稱理論，在該理論中，已知的粒子與可能在更大的粒子對撞機中觀察到的更重的粒子耦合。儘管LHC尚未檢測到任何超對稱的跡象，但佩斯金希望在本十年末之前會出現一些暗示，這將有助於為更大的機器的設計提供資訊。
更大的機器的倡導者之一是新澤西州普林斯頓高階研究所的理論物理學家尼瑪·阿卡尼-哈米德。12月，他將幫助在北京啟動一個名為未來高能物理中心的研究所。他說，該研究所的明確使命之一是探索未來的質子對撞機可能研究的物理學。馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的加速器物理學家威廉·巴萊塔說，這項工作對於確定能夠最大限度地提高每美元科學產出的機器尺寸至關重要。“我們不會僅僅給出揮手致意的論證，”他說。
巴萊塔補充說，要建造一臺100 TeV的機器，物理學家將需要開發能夠在比當前一代更高的磁場下執行的超導磁體，可能為20特斯拉而不是14特斯拉。這種磁體的一種主要候選材料是鈮錫，它可以承受更高的磁場，但價格昂貴，並且必須冷卻至18開爾文以下。
CERN正在制定自己的類似於VLHC的對撞機計劃。CERN加速器物理學家邁克爾·貝內迪克特正在領導一項“超高能大型強子對撞機”的研究，該對撞機將穿過日內瓦湖。它將具有與建議的VLHC相同的關鍵引數：周長為80-100公里，碰撞能量為100 TeV。貝內迪克特建議，建設工作可能會在2020年代開始，以便該機器可以在LHC於2035年左右永久關閉後不久完成。“人們不希望在高能物理學方面出現巨大的空白，”他說。他補充說，現在提供價格標籤還為時過早。但是其他物理學家推測，下一代對撞機的成本必須低於100億美元，該專案才在政治上可行。
本文經《自然》雜誌許可轉載。 該文章於2013年11月12日首次發表。