本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在大型強子對撞機（LHC）上發現希格斯粒子，標誌著在理解物質更深層結構的漫長旅程中邁出了里程碑式的一步。今天，粒子物理學致力於推進各種實驗方法，從中我們可以獲得關於宇宙創造以及神秘而難以捉摸的暗物質本質的基本問題的新答案。
這樣的努力需要一臺後LHC粒子對撞機，其能量能力要顯著高於以前的對撞機。這就是歐洲核子研究中心（CERN）未來環形對撞機（FCC）的想法的由來——這臺機器可以使新物理學的探索進入高速運轉。為了理解這個提議的有效性，我們應該從頭開始，再次問問自己：物理學是如何進步的？
許多人認為，偉大的革命完全是由新理論驅動的，而實驗則扮演著電影群眾演員的角色。老套的故事是這樣的：理論家提出猜想，實驗僅僅用於檢驗這些猜想。畢竟，我們大多數人都宣稱欽佩愛因斯坦的相對論或量子力學，但很少有人停下來思考，如果沒有邁克爾遜-莫雷、斯特恩-格拉赫或黑體輻射實驗的貢獻，這些令人敬畏的理論是否能夠實現。
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儘管這種簡單的圖景與物理學隨著時間推移發展的創造性和常常令人驚訝的方式相去甚遠，但它在科學家中仍然相當普遍。在討論像歐洲核子研究中心（CERN）擬議的FCC這樣的未來設施時，可以看到其有害的影響。
在2012年發現希格斯玻色子之後，我們終於拼齊了物理學標準模型（SM）的所有拼圖碎片。然而，關於暗物質、中微子質量以及觀測到的物質與反物質之間不平衡的未知數是眾多跡象之一，表明標準模型不是基本粒子及其相互作用的終極理論。
已經開發出相當多的理論來克服圍繞標準模型的問題，但到目前為止，還沒有一個理論得到實驗驗證。這一事實使物理學界充滿了期待。最終，科學一次又一次地表明，它可以找到新的、創造性的方法來克服其前進道路上設定的任何障礙。其中一種方法是讓實驗發揮主導作用，以便它可以幫助推動陷入困境的粒子物理學馬車走出泥潭。
在這方面，歐洲核子研究中心（CERN）於2013年啟動了FCC研究，這是一項全球性努力，旨在探索粒子對撞機的不同方案，這些方案可以開啟後LHC時代，並推進關鍵技術。一個分階段的方法，它包括建造一個電子-正電子對撞機，然後是一個質子對撞機，這將比LHC的能量躍升八倍，從而使我們能夠直接進入以前未探索的領域。這兩臺對撞機都將安置在一個新的100公里周長的隧道中。FCC研究補充了歐洲和日本先前對線性對撞機的設計研究，而中國也有類似的建造大型環形對撞機的計劃。
未來的對撞機可以提供對希格斯性質的深入理解，但更重要的是，它們代表了一個在前所未有的能量尺度上探索未知領域的機會。正如歐洲核子研究中心（CERN）理論物理部門負責人吉安·朱迪切（Gian Giudice）所說：“高能對撞機仍然是繼續探索宇宙內部運作方式不可或缺且不可替代的工具。”
然而，在缺乏關於難以捉摸的新物理學可能位於何處的明確理論指導的情況下，一些人認為FCC是一項值得懷疑的科學投資。然而，物理學史提供了證據來支援不同的觀點：實驗常常在科學進步中發揮主導和探索作用。
正如傑出的物理學史學家彼得·加利森（Peter Galison）所說，我們必須“從物理學的貴族式觀點中退下來，這種觀點將這門學科視為所有有趣的問題都由高理論構建。” 此外，相當多的實驗在沒有成熟理論指導的情況下就已經實現，而是為了探索新領域而進行的。讓我們研究一些有啟發性的例子。
在16世紀，丹麥國王弗雷德里克二世資助了烏拉尼堡，這是一個早期的研究中心，第谷·布拉赫（Tycho Brahe）在那裡建造了大型天文儀器，例如巨大的壁象限儀（不幸的是，望遠鏡是在幾年後發明的），並進行了許多以前不可能進行的詳細觀測。一個前所未有的巨大實驗結構的實現，改變了我們對世界的看法。第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的精確天文測量使約翰內斯·開普勒（Johannes Kepler）能夠發展他的行星運動定律，併為科學革命做出重大貢獻。
電磁學的發展是另一個恰當的例子：許多電現象是由物理學家（如查爾斯·杜費（Charles Dufay）、安德烈-瑪麗·安培（André-Marie Ampère）和邁克爾·法拉第（Michael Faraday））在18和19世紀透過沒有成熟的電學理論指導的實驗發現的。
更接近現代，我們看到整個粒子物理學的歷史確實充滿了類似的案例。在第二次世界大戰之後，持續而艱苦的實驗努力是粒子物理學領域的特徵，正是這種努力使得標準模型透過新發現粒子的“動物園”而出現。作為一個突出的例子，夸克，質子和中子的基本組成部分，是在20世紀60年代後期在斯坦福線性加速器中心透過一系列探索性實驗發現的。
大多數實踐物理學家都認識到實驗作為探索過程的特殊重要性。例如，維克托·“維基”·魏斯科普夫（Victor “Viki” Weisskopf），歐洲核子研究中心（CERN）的前任主任，也是現代物理學的偶像，他清楚地掌握了粒子物理學背景下實驗過程的動態
“物理學家有三種，即機器建造者、實驗物理學家和理論物理學家。如果我們比較這三個類別，我們發現機器建造者是最重要的，因為如果他們不存在，我們就無法進入這個小尺度的空間區域。如果我們將這與美洲的發現進行比較，機器建造者相當於當時的船長和造船者，他們真正發展了技術。實驗主義者是那些在船上航行到世界另一端，然後跳上新島嶼並寫下他們所見所聞的人。理論物理學家是那些留在馬德里並告訴哥倫布他將要登陸印度的人。”（Weisskopf1977）
儘管他本人是一位理論物理學家，但他能夠認識到粒子物理學中實驗的探索性特徵。因此，他的話語令人毛骨悚然地預示了現在的時代。正如我們這個時代最受尊敬的理論物理學家之一尼瑪·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）在最近的一次採訪中聲稱，“當理論家更加困惑時，是時候進行更多而不是更少的實驗了。”
目前的FCC致力於保持先前傳說中的對撞機的探索精神。它並非旨在用作特定理論的驗證工具，而是作為為未來鋪設多條實驗路徑的手段。應該允許實驗過程發展其自身的動力。這並不意味著實驗和儀器不應與理論界保持密切聯絡；歸根結底，只有一個物理學，它必須確保其統一性。