本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
大型強子對撞機才剛剛開始其探索，因此現在就開始考慮下一個新的粒子專案似乎有點為時過早。但是考慮到這些事情需要多長時間來規劃，現在開始考慮是否為時過早呢？今年夏天，粒子物理學家在明尼阿波利斯舉行了一次大型規劃務虛會，哥倫比亞大學的彼得·沃伊特在部落格中對此進行了報道。沃伊特以尖銳批評弦理論而聞名——我同意與他在這個問題上存在分歧——但他關於未來加速器的帖子與此無關。他引用的與會者中包括普林斯頓高等研究院的理論家尼瑪·阿卡尼-哈米德，他以其一貫的熱情承擔了一臺巨型新加速器的事業。上週我拜訪了阿卡尼-哈米德，與他討論他對理論粒子物理學的重新思考，但我們也聊到了他對實驗物理學未來的激動人心的願景。
阿卡尼-哈米德認為他的職業需要考慮宏大的目標。非常宏大。極其宏大。例如，周長是大型強子對撞機的四倍，能夠以七倍的能量發射粒子。來自大型強子對撞機的初步結果要求不低於此。歐洲核子研究中心、北京高能物理研究所，以及更異想天開的費米實驗室也一直在嘗試這個想法。
目前，後大型強子對撞機專案的領先提案是國際直線對撞機，這是一對11公里長的電子槍，彼此相對，彷彿在進行亞原子決鬥。今年早些時候，規劃者在日本北部選定了一個地點。日本政府將該專案視為該地區海嘯後的經濟刺激措施。
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國際直線對撞機符合使用質子（如大型強子對撞機那樣）進行發現，然後用電子跟進的歷史模式。質子不僅是亞原子粒子，而且是整個亞原子世界，充滿了更小的粒子。（事實上，物理學家尚未完全理解它們。）將兩個質子撞擊在一起，你會得到一團糟。但質子確實具有其缺陷的優點：由於很重，它們傾向於保持你給它們的能量，因為它們繞過彎道，因此它們更容易加速。電子則恰恰相反。它們儘可能簡單，這使得它們非常適合進行精確測量，但又非常輕，以至於在圓形環中加速它們是一個三步前進，兩步後退的過程。國際直線對撞機將以0.5萬億電子伏特（TeV）的能量撞擊電子，遠低於大型強子對撞機的額定功率（14 TeV），儘管能量將得到更有效的利用。
迫使更新此計劃的原因是大型強子對撞機發現了希格斯玻色子——並且僅發現了希格斯玻色子。它尚未發現任何奇異粒子，例如超對稱粒子，它們是假想的已知粒子的重型夥伴。這些超對稱夥伴可能仍然存在，只是對於大型強子對撞機來說，它們太重而無法產生。但是，支援它們的大部分理由已經消失。超對稱粒子應該設定希格斯玻色子的質量。為了實現這一點，它們自身的質量應該與希格斯玻色子的質量相當。然而，零結果表明，任何超對稱粒子都至少重幾倍。
粗略地說，希格斯玻色子質量等於粒子及其超對稱夥伴的質量之差。如果超對稱夥伴像大型強子對撞機現在要求的那樣重，則這種減法必須以十分之一的精度進行——物理學家稱之為“精細調整”的人為情況。如果大型強子對撞機在2015年重啟時繼續一無所獲，則精細調整的程度將達到百分之一。
無論你如何看待它，這種情況都會產生國際直線對撞機無法解決的癢點。如果超對稱夥伴存在，它們可能太重而無法讓國際直線對撞機產生。國際直線對撞機仍然會解剖希格斯玻色子，這很棒，但仍然大大縮小了其範圍。另一方面，如果超對稱夥伴不存在，那麼是什麼解釋了希格斯玻色子的質量？阿卡尼-哈米德得出結論，精確的後續機器是不夠的。物理學家還需要另一臺發現機器——一臺能量將再次大幅躍升並尋找任何可以解釋希格斯玻色子的東西的機器。
您可能會擔心，世界上熱愛科學的人們會花費數十億美元購買一臺超級對撞機，結果卻一無所獲：又一個零結果。這似乎不太可能——物理學家尚未徒勞地建造一臺新機器——但阿卡尼-哈米德表示，零結果實際上可能是所有結果中最令人著迷的。如果沒有任何東西可以解釋希格斯玻色子的質量，也許希格斯玻色子是無法解釋的。它的質量可能是隨機設定的。這最自然地被理解為生活在眾多宇宙之一中的結果（如上圖所示）。每個平行宇宙都鎖定了一個不同的希格斯玻色子質量，而我們得到了我們得到的值，因為我們得到了我們得到的值。暗能量的觀測密度已經暗示了這種前景，暗能量似乎除了我們無法存在於它大不相同的情況下之外，沒有其他解釋。
如果一臺對撞機達到100 TeV，同時一無所獲，則希格斯玻色子質量必須精細調整到萬分之一。雖然不能證明多元宇宙是肯定的，但這將是你所能期望的最有力的間接證據。
撇開我個人不再像以前那樣迷戀的多元宇宙不談，我認為阿卡尼-哈米德的論點有趣之處在於，粒子物理學正在進入一個新階段。隨著希格斯玻色子的發現，標準模型現在已經完成。它可以預測所有已知粒子實驗的結果。它有令人討厭的方面——即使是其方程的簡短形式也填滿了整頁，並且充滿了任意引數——但沒有具體的實驗人員可以解決的懸而未決的問題。因此，下一代加速器將具有與先前加速器不同的理論目標：不是為了填補結構，而是為了理解它。
沒有粒子物理學家會否認100 TeV加速器將是一臺夢想機器，但許多人確實質疑規劃者是否應該考慮如此長遠。“我與尼瑪一樣對100 TeV對撞機充滿熱情，”斯坦福直線加速器中心的邁克爾·佩斯金說。“但這在未來才是一個專案，而不是今天。”
更重要的是，仍然希望大型強子對撞機可以找到具有適當希格斯質量的超對稱粒子。加州理工學院的巴里·巴里什是《大眾科學》2008年關於國際直線對撞機的文章的合著者，他說：“就大型強子對撞機迄今為止所做的工作而言，它所擁有的計劃最終綜合資料不到1%，因此他們看到的只是冰山一角。”其他理論家認為你不需要超對稱性來解釋希格斯玻色子；標準模型已經可以做到這一點。
然而，可能引起不安的主要原因是，大多數40歲以上的美國粒子物理學家仍然對國會在1993年取消超導超級對撞機感到失望。超導超級對撞機本應達到40 TeV的能量，並解決阿卡尼-哈米德提出的問題。有人可能會認為，取消是合理的，因為成本超支，但無論如何，美國科學家不敢再做夢了——美國國會是一個太反覆無常的贊助人。即使是像癌症研究和氣候監測這樣的無需動腦筋的事情，如今也很難推銷出去。基礎物理學的未來在於歐洲和亞洲。費米實驗室的克里斯·奎格告訴我：“在我上次對歐洲核子研究中心的長期訪問中，一位前任總幹事來到我的辦公室宣佈，‘克里斯，我一直在思考：你本應該建造超導超級對撞機。那是一臺完美的機器。’”
圖片由普林斯頓高等研究院的尼瑪·阿卡尼-哈米德提供