大型强子对撞机只用了三年时间就发现了希格斯玻色子——但建造大型强子对撞机却耗时近20年。高能物理以光速进行，但实际操作的推进速度却受官僚主义、资金申请和水泥凝固等因素的限制。因此，为了不断向前发展，全球物理学界一直在构想和重塑高能粒子物理学的下一个重大突破——这些突破要足够宏大，甚至能超越人类有史以来建造的最大、最昂贵的科学实验。
上个月在波兰克拉科夫举行的一次会议上，我们得以一窥这些未来的重大突破。本月早些时候，欧洲核子研究组织（CERN）在欧洲战略筹备组的专题讨论会上，汇集了来自欧洲及全球的粒子物理学家和科学政策制定者，共同审视物理学界当前和未来的需求，并探讨其多种未来可能性。目前看来有两点是确定的：大型强子对撞机（LHC）暂时不会退役，但最终我们需要一个更大、更强的LHC替代品。
“LHC将继续运行，并且在未来15到20年内，LHC仍将是粒子物理学计划中非常非常重要的一部分，主要用于进一步研究希格斯玻色子，”曼彻斯特大学物理学教授、战略专题讨论会与会者特里·怀亚特（Terry Wyatt）表示。“这次会议达成的主要共识之一是，将LHC升级为我们称之为‘高亮度LHC’（High Luminosity LHC）将使我们能够进行研究直至2030年左右。”
这些升级措施将包括在2022年左右更换现有的LHC加速器环形磁铁，换上更新、更强的磁铁，从而在现有LHC的占地范围内创建一个更强大的加速器。这将使研究人员能够在瑞士-法国边境地下持续进行世界上最先进的物理学研究，直到下一个十年的末尾。这也意味着，如果物理学家们想要进行一项像LHC一样宏大且雄心勃勃的新实验，并希望在LHC于2030年左右结束运行之前投入使用，他们真的应该已经深入到设计阶段，并准备好开始动工了。他们还没有；但他们肯定在谈论这件事。在专题讨论会上，大家最关心的问题也摆上了桌面：下一步是什么？
“如果你想建造一个可能在2035年开始运行的新加速器，你现在就必须采取行动。”怀亚特曾是位于伊利诺伊州费米国家加速器实验室（Fermilab）的Tevatron对撞机DZero实验的负责人，目前正参与LHC的ATLAS实验。他还曾是LHC实验委员会的主席，也是欧洲核子研究组织（CERN）研究委员会的成员，目前还担任CERN的科学政策委员会的成员。换句话说，怀亚特花了相当多的时间思考全球高能粒子物理学的各种可能性，在克拉科夫的战略会议上，正是怀亚特发表了题为《下一步设施》（Next Step Facilities）的演讲。他谈到了各种设想，包括一个长达50英里的加速器环，其规模将是现有LHC的三倍，还有直线电子-正电子对撞机和缪子对撞机——所有这些都能达到比LHC高得多的碰撞能量。与物理学本身一样，可能性很多——但当试图争取政府资金并启动一项耗时数十年的建设项目时，这未必是件好事。
高能物理学界缺乏明确的前进道路，不仅仅是由于资金不足或官僚主义的惯性（至少，不**仅仅**是这些原因）。LHC才刚刚触及希格斯玻色子的表面，其碰撞能量也只达到了设计最大值14太电子伏（TeV）的一半。高亮度LHC将产生比其前身多约十倍的数据，物理学家们预计这些数据将带来许多新发现，这些发现将影响下一代高能粒子对撞机设计和概念的制定。
这给物理学家们带来了一种困境。为了让粒子物理学无缝地向前发展，我们需要立即开始建造下一代对撞机。为了确保我们建造出正确的下一代对撞机，我们需要从LHC获得更多数据。因此，在此过渡期间，物理学家和工程师们在构思、梦想，并在绘图板上工作。
“麻烦在于，这一切的时间尺度都太长了，如果你想建造一个可能在2035年开始运行的新加速器，你现在就必须非常、非常认真地开始行动，”怀亚特说。“技术和工程挑战——例如开发这些磁铁——是一项非常、非常高科技的工作，需要很多很多年。所以人们现在正在非常认真地研究技术和工程挑战，而这些技术和工程可能在未来20年内都不会被用于加速器。”
就算它们最终会被使用。怀亚特将这个过程比作中世纪的建筑师们设计和建造他们知道自己有生之年都无法完工的大教堂。我们无法确切知道，这些对撞机大教堂中的哪一座将把高能物理推向新的高度。可能是其中的任何一座，或者是一种我们尚未构想出的全新事物。点击画廊链接，浏览我们今天所设想的各种可能的高能粒子对撞机。这个列表绝不详尽，但代表了当今物理学的一些领先想法（以及我们认为最有趣的想法）。如果我们遗漏了您认为特别吸引人的加速器/对撞机概念，请在评论中告诉我们。
