1.
在法國和瑞士邊界，有一個不尋常的地方。在那片土地的地下深處，運行著世界上最大（周長27公里）、能量最高的環形粒子加速器——<strong>大型強子對撞機
（LHC）。原子是我們所熟悉的，它由原子核和電子組成。氫原子是最簡單的原子，由一個電子和一個質子組成。在電場中，氫原子中的電子很容易被剝離，只留下質子。
LHC中的主角，正是被留下來的質子。科學家的目標是要讓大量的質子進行對撞，它們之間的碰撞次數越多，也就越有機會觀測到罕見的事件！
但在對撞之前，質子會被加速到接近光的速度。電磁和磁場是粒子加速器的關鍵：由於質子帶有正電荷，因此它們會在電場中加速，並在磁場的引導下繞著環形的隧道加速前進。
在LHC於2008年正式投入運行以來，短短的幾年間，就發現了早在1960年代就被預言的上帝粒子——<strong>希格斯玻色子！
○ 在LHC的兩個實驗中產生的希格斯是玻色子候選事件。
2.
希格斯玻色子的發現是粒子物理學<strong>標準模型最偉大的勝利。但更令人興奮但是，它的發現為研究開闢了一條新的道路，因為希格斯玻色子很可能會指引我們找到<strong>新物理（即超越標準模型的理論）。因此，物理學家迫切的想要進一步理解希格斯玻色子的本質。
同時，物理學中的許多終極奧秘仍對我們保持其神秘的姿態：什麼是暗物質？為什麼宇宙是由物質，而不是反物質組成的？……要解答這些問題，我們需要更大的突破。
1月15日，<strong>未來環形對撞機（Future Circular Collider，FCC）團隊公佈了一個全新的粒子加速器的概念設計報告，這一計劃足以讓LHC黯然失色。一旦獲得批准，它將成為LHC的繼任者，幫助物理學家尋找那些最大謎團的答案。
FCC的選址仍是日內瓦，就在LHC的旁邊。這一次，他們計劃將繞著日內瓦和周圍的鄉村，在地底下建造一條長為100公里的環形隧道。屆時，一旁的LHC將會像高速公路上的交流道那樣，將加速過的粒子送入這個能量更強的新對撞機中。這樣一來，粒子能以在LHC中7倍的能量進行對撞，這樣的撞擊所能創造出的粒子將完全超出LHC的能量所及範圍——使粒子物理學進入一個尚未被探索過的微觀領域。
○ LHC和FCC的大小比較。
3.
建成後的FCC絕非一個簡單的粒子加速器。它可分為不同的階段以進行不同的實驗。第一階段的設想是讓它成為一臺讓電子與它的反物質——正電子——對撞的機器。
根據現有理論，所有的粒子都有其對應的反物質，它們的性質幾乎完全一樣，只是帶有相反的電荷。當物質和反物質粒子相遇時，它們會湮滅，所有的能量都轉化成為新的粒子。
○ 當物質和反物質相遇時，會發生湮滅，所有的能量都會以光子的形式釋放。
在FCC這樣的對撞機中，研究人員可以非常精準地控制對撞時的能量。LHC是一臺質子對撞加速器，相比之下，FCC裡的電子-正電子對撞更加“乾淨”、清晰得多。這是因為質子與電子不同，它們並不是基本粒子，而是由更小的夸克和膠子組成的。因此當質子發生對撞時，它們內部的這些結構會被噴得到處都是，這大大增加了在對撞殘骸中發現新粒子的難度。
○ FCC。
電子-正電子對撞機的主要目標是研究希格斯玻色子。希格斯玻色子與其他基本粒子的質量起源有關，而新的對撞機將能夠產生數以百萬計的希格斯玻色子，從而能使科研人員對其性質進行前所未有的細緻測量，這對找到新的發現至關重要。
尤其誘人的是，希格斯粒子可以充當一個通道，連接著我們所在的普通原子物質世界和一個隱藏著的粒子世界。在宇宙中，85%的物質是“暗的”、由我們無法看見的粒子組成的。我們之所以知道它的存在，是因為它對周圍的物質所施加的引力。令人興奮的是，電子-正電子對撞機或許能揭示希格斯玻色子衰變成這些隱藏的粒子。
在第二階段，對撞機將進入質子-質子對撞，其對撞能量可高達100萬億電子伏特，它可以製造出大量讓物理學家懷疑存在、但又無法通過LHC產生的新粒子。
而且，它幾乎能對大多數形式的暗物質可能所處的能量範圍進行全面探索。不僅如此，它還能探測宇宙在大爆炸後的萬億分之一秒內所處的條件，這是宇宙歷史上的一個重要時刻，因為就在那時，<strong>希格斯場
（一種無處不在的能量場，希格斯玻色子就是其中的一個小小漣漪）會坍縮成現在的狀態，而這種狀態正是使得基本粒子產生質量的原因。理解希格斯場是如何獲得當前能量的是物理學中最為突出的問題之一，因為它似乎必須經過精細到難以置信的微調，才能使得原子（以及後來的恆星、行星和人類……）得以存在。
4.
按照計劃，新的對撞機的第一階段將會在LHC的最後一次升級之後投入運行，時間預計是2040年代。而第二階段運行的質子對撞機，將於2050年代開始安裝。這兩個項目都需花費高昂的資金：根據目前的估算，正-負電子對撞機將需要90億歐元，更強大的質子對撞機則需要150億歐元。這引發了不小的反對聲音 ，這是可以理解的。很多人認為如此大量的資金應被更好地用於其他更加緊迫的領域，例如應對氣候變化等等。
約翰·沃默斯利（John Womersley）是參與了FCC計劃的資深物理學家，他表示，除了基礎知識自身的價值，FCC也能帶來一些重大的短期利益。他說：“FCC將推動創新技術的發展以解決新的挑戰。萬維網、Wi-Fi和核磁共振成像儀中的超導磁體，都曾是為了滿足基礎物理學的需要而開發的。”可以相信，這個項目所蘊藏的潛能是巨大的。
然而，要實現這樣一個雄心勃勃的計劃，還必須要有數十個國家提供資金與技術上的合作。目前，已經有來自世界各地的150所大學、研究機構和工業夥伴的1300多名參與者加入了這一計劃。與此同時，我國的<strong>環形正負電子對撞機（Circular Electron Positron Collider, CEPC）研究工作組在2018年11月也發佈了概念設計報告。這是一個與FCC類似的對撞機項目。
FCC的支持者們希望該項目能在2020年出版的《歐洲粒子物理學新戰略》中得到採納。一旦它得到認可，他們就將開始一個漫長的研究和發展過程；並且需要說服各國政府和公眾，告訴他們——在對撞機上進行的那些基礎研究，是值得投入如此巨大的資金的。
可以預見的是，這一項目在各個方面都將面臨巨大的挑戰，但物理學家想要更深入地探索和理解宇宙的決心，是絕不會退縮的。
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