人类寻找了近半个世纪的“希格斯粒子”终被发现，仅隔一年便问鼎诺贝尔奖。那么，在这种“上帝粒子”求证成功之后，人类高能物理的探针将指向何处？

被誉为“超级诺奖”的基础物理学突破奖得主、中国高能物理研究所所长王贻芳院士，17日在上海交通大学透露，作为最小物质结构之一，较低质量的希格斯粒子的发现，使我们看到了一种可能：建设100公里周长的环形正负电子对撞机，也就是“希格斯工厂”。解放日报·上观新闻记者了解到，制造“上帝粒子”的工厂实际上是粒子对撞的加速隧道，包括进行质子—质子对撞、电子—质子对撞以及重离子对撞等。

中国“希格斯工厂（CEPC）”概念图

“上帝粒子”背后的“最强大脑”

“上帝粒子”的证实，离不开粒子对撞。2012年7月，集合了包括中国在内全世界最优秀科学家的研究团队在大型强子对撞机（LHC）实验中发现了希格斯粒子。欧洲核子研究中心（CERN）拥有的这座LHC，是迄今为止能量最高的粒子对撞机，它坐落在瑞士日内瓦西郊、瑞法两国边境的隧道里，总长度约27公里。

LHC实验由来自80多个国家、500余所大学和研究机构的8000多位科学家、工程师和学生参与，这些“最强大脑”使欧核中心一举成为美国费米实验室之后全世界基础科学的前沿研究中心，并正在研究物质最深层次的结构、粒子间的相互作用及其质量的起源等重大科学问题。

欧洲未来环形对撞机位置示意图（黄圈）

从欧核中心到费米实验室，全球范围内，美国的布鲁克海文实验室与斯坦福直线加速器中心、德国的同步电子辐射实验室、英国的卢瑟福实验室、法国的格勒诺布尔联合体、日本的高能加速器实验室等，无一例外拥有先进的大型加速器及加速器群，作为支撑其强大科研竞争力的基本条件。

作为亚洲首次主办的第五届大型强子对撞机物理国际研讨会主持之一，上海交大杨海军教授表示，基础物理学领域由大加速器项目所驱动，过去50年一直如此，世界任何地方如果建起了大加速器，那里就会成为基础物理学的研究中心。

“后希格斯粒子”时代的中国方案

“后希格斯粒子”时代，高能物理研究何去何从？事实上，各国都已在考虑未来大加速器和大型粒子对撞机的发展计划。

日本国际直线对撞机候选区位图

王贻芳院士介绍，目前世界上主要的可选方案有：日本的国际直线对撞机（ILC）、欧洲的未来环形对撞机（FCC），以及中国主导的环形正负电子对撞机及后续的超级质子对撞机，也就是“希格斯工厂”（CEPC/SPPC）等。

解放日报·上观新闻记者了解到，基于上帝粒子的发现事实，日本政府将于2018年决定是否如期建造国际直线对撞机，其候选地址在仙台附近，隧道长达31公里。根据欧洲2013年发布、美国2014年发布的各自高能物理发展战略，他们都正等待日本的决定，以讨论加入国际直线对撞机的方案。

当前，“希格斯工厂”已经形成了十多个国家数百位作者参与的千页规模方案。王贻芳透露，其比较理想的时间进度安排是：2016至2020年，完成预先研究和工程设计，目前这两项工作都在进行中； 2022至2028年，进入工程建设期；2028至2038年，则实现数据获取。按其科学目标，“上帝粒子工厂”拥有产生百万个希格斯粒子的电子伏特能量，可精确测量与研究希格斯粒子的质量、自旋、宇称、耦合等，寻找颠覆认知的新物理迹象。

撞碎“物质积木”究竟有何用处

当第一次见到积木“城堡”时，对于从没有见过积木的小朋友，他可能需要花一段时间才能认识到，那个让他艳羡的大型建筑，其实是由一块块小小的积木单元拼接而成。

杨海军教授表示，粒子物理实验学家们其实在做非常类似的事情。过去几百年的物理发展史不断向人类提示，宇宙里缤纷多彩的万物是由少数的基本物质单元构成，也就是由“物质积木”搭建出来的。他们于是通过高能量（高速度）的粒子对撞，把粒子撞碎，让组成它们的物质积木单元都暴露出来，从而研究其各种特殊性质，不仅理解它们，更能支配它们。

再具体地谈及应用，大型对撞机的预研、建造和运行，集当今人类科技之大成，甚至于挑战目前已有的技术极限。以大型强子对撞机的加速器圆环上的超导磁铁为例，因为需要极为强大的磁场来约束近乎光速飞行的粒子，所以人们对超导磁铁提出了极高要求，从而推动超导磁铁的研究和大规模应用，包括越来越多地用到最新的医学成像领域。王贻芳认为，中国版“希格斯工厂”的设备国产化率可达95%以上。

题图说明：国际直线对撞机(ILC)概念图

本文图片来源：大型强子对撞机物理国际研讨会（LHCP）  图片编辑：邵竞