早在2008年，一束質子首先在世界上最強大的粒子加速器（LHC）圍繞大型強子對撞機（LHC）拉鍊。現在，十年後，現在是時候盤點我們學到的東西了，這要歸功於這一設施以及未來的一切。
該會計包括LHC可以進行的未來研究，以及可能在能量遠遠超出LHC所能實現的能量的新設施。已經提出了兩個或三個可能的LHC替代品。因此，讓我們回顧過去十年來的位置以及我們的發展方向。
LHC的故事既令人振奮又動盪不安，事件包括在操作的第一天，從災難性的傷害到樂器的巨大磁鐵，再到這場悲劇的鳳凰般的崛起，隨後是紮實而令人興奮的發現，包括發現希格斯玻色子。發現彼得·希格斯（Peter Higgs）和弗朗索瓦（Francois）諾貝爾獎，正如他們在半個世紀前預言了粒子。全世界都要遵循粒子物理新聞是不尋常的，但是希格斯的發現引發了全球新聞廣播的宣布。 [希格斯以外的5個難以捉摸的顆粒這是給出的
尋找新物理學
物理學家也處於座位的邊緣，等待他們希望的意外發現。在近半個世紀的時間裡，科學家對亞原子物質的行為有了當前的理論理解。這種理解稱為粒子物理的標準模型。
該模型解釋了普通物質的分子和原子的觀察到的行為，甚至是有史以來最小的已知構建塊的行為。這些粒子稱為夸克和葉子，在質子和中子中發現了夸克，包括原子核，電子是最熟悉的瘋子。標準模型還解釋了所有已知力的行為，除了重力。這確實是一個非凡的科學成就。
但是，標準模型不能解釋理論物理學中的所有事物。它沒有解釋為什麼夸克和葉子似乎以三種不同但幾乎相同的配置存在，稱為世代。 （為什麼三個？為什麼不是兩個？或四個？或一個？或20？）這個模型不解釋為什麼我們的宇宙完全由物質製成當對阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）的相對論理論的最簡單理解時，宇宙也應包含相同數量的反物質。
標準模型沒有解釋為什麼對宇宙的研究表明原子的普通問題僅佔宇宙物質和能量的5％。其餘的被認為包括暗物質和暗能量。暗物質是一種物質的形式，僅體驗重力，而沒有其他基本力，而暗能量是滲透宇宙的一種排斥力。 [物理學中18個最大的未解決的奧秘這是給出的
在LHC的首次操作之前，像我這樣的物理學家希望原子粉碎機能夠幫助我們回答這些令人困惑的問題。解釋這些難題的最常見的候選理論被稱為超對稱性。這表明所有已知的亞原子顆粒都有“超級零件”對應物顆粒。反過來，這些可以為暗物質提供解釋並回答其他一些問題。但是，物理學家尚未觀察到任何超對稱性。更重要的是，LHC數據排除了結合超對稱性的最簡單的理論。那麼，LHC取得了什麼成就？
LHC做了很多
好吧，除了整個希格斯玻色子的東西外，LHC還向其四個大型實驗合作提供了數據，從而產生了2,000多篇科學論文。在LHC內部，粒子以能量互相粉碎，比由關閉Tevatron在四分之一世紀擁有世界上最強大的粒子加速器的頭銜，直到LHC奪冠。
標準模型的這些測試非常重要。這些測量中的任何一個都可能不同意預測，這將導致發現。但是，事實證明，標準模型是一個非常好的理論，它作為LHC碰撞能量的準確預測，就像對早期Tevatron中能量水平所做的那樣。
那麼，這是一個問題嗎？從非常實際的意義上講，答案是否定的。畢竟，科學同樣重要的是測試和拒絕錯誤的新想法因為這是關於驗證正確的。
另一方面，不可否認的是，科學家會更加興奮地發現以前沒有預測的現象。這種類型的發現推動了人類知識，最終導致教科書的重寫。
LHC故事還沒有結束
所以，現在呢？ LHC完成了它的故事嗎？幾乎沒有。確實，研究人員期待改進設備，這些設備將幫助他們研究無法使用當前技術解決的問題。這LHC於2018年12月上旬關閉進行兩年的翻新和升級。當加速器在2021年春季恢復操作時，它將以略有增加的能量增加，但每秒碰撞數量是兩倍。考慮到未來計劃的升級，LHC科學家迄今僅記錄了預期數據的3％。雖然要篩選所有發現需要很多年，但當前的計劃是記錄比迄今為止獲得的數據的30倍。隨著更多的數據，LHC仍然有很多故事要講。
儘管如此，儘管LHC可能會再運行20年，但也要問：“下一步是什麼？”是完全合理的。粒子物理學家正在考慮構建一個後續粒子加速器來替代LHC。按照LHC的傳統，一種可能性會在令人難以置信的能量上碰撞質子的光束-100萬億電子伏特（TEV），這比LHC的14 TEV最高功能大得多。但是，完成這些能量將需要兩件事：首先，我們需要製造磁鐵，這些磁鐵的功能是將顆粒推向LHC周圍的磁鐵。這被認為是具有挑戰性但可以實現的。其次，我們需要另一條隧道，就像LHC的隧道一樣，但周圍大三倍以上，球場周長為61英里（100公里），大約是LHC的四倍。
但是，這大隧道將在哪裡建造，它將是什麼樣子？哪些光束會碰撞以及在什麼能量上？好吧，這些是好問題。在設計和決策過程中，我們還不足以獲得答案，但是有兩個非常大而有成就的物理學家思考這些問題，他們各自為新加速器生成了建議。提案之一，在很大程度上是由歐洲研究小組驅動的，想像著建造一個大型的加速器，最有可能位於庫恩實驗室，就在日內瓦以外。
在一個想法下，那裡的設施將碰撞一束電子和反物質電子。由於與電子相比，加速質子之間的差異（電子束在圓形結構周圍損失的能量都比質子束損失更多的能量 - 該梁將使用61英里長的隧道，但要比質子較低的能量運行。另一個建議將使用相同的61英里長的加速器來碰撞質子的光束。一個更少的提案將重複使用當前的LHC隧道，但具有更大的磁鐵。該選項只會使碰撞能量超過LHC現在可以做到的一倍，但這是一個較便宜的選擇。 [圖片：世界內部的最高物理實驗室這是給出的另一個提議L，主要由中國研究人員倡導，想像著一個全新的設施，大概是在中國。該加速器的周圍也約為61英里，它將碰撞電子和反物質電子，然後在2040年左右切換到質子 - 普羅頓碰撞。
這兩個潛在的項目仍處於談話階段。最終，提出這些建議的科學家將不得不找到一個願意付出法案的政府或政府團體。但是在此之前，科學家需要確定使這些新設施成為可能所需的功能和技術。兩組最近都發布了有關其設計的廣泛文檔。這還不足以建立他們提出的設施，但是這既足以比較未來實驗室的預期表現，又要開始匯總可靠的成本預測。
調查知識的邊界是一項艱鉅的努力，從最初的夢想中，通過運營到設施的關閉，可能需要數十年的夢想。當我們紀念LHC第一光束成立10週年時，值得盤點設施的成就和未來所帶來的一切。在我看來，下一代科學家將有令人興奮的數據進行研究。也許，也許，我們會學到更多大自然的迷人秘密。
最初出版現場科學。
唐·林肯（Don Lincoln）是一位物理研究員關閉。他是“大型強子對撞機：希格斯玻色子的非凡故事和其他會震撼您的想法（約翰·霍普金斯大學出版社，2014年），他生產了一系列科學教育影片。跟隨他在Facebook上。本評論中表達的觀點是他的。
唐·林肯（Don Lincoln）向現場科學貢獻了這篇文章專家聲音：專家和見解。
