歐洲加速器戰略更新引領高能物理進入新時代

2012年，LHC發現希格斯玻色子，標誌著粒子物理學進入一個新的轉折點。它不僅是最後一個被發現的標準模型粒子，而且與之前發現的任何粒子都完全不同：它是一個基礎標量，與真空的結構有著深刻的聯繫。但是，對希格斯玻色子的研究仍處於起步階段，它的性質仍然是個謎，包括為什麼它這麼輕，標準模型無法解釋。粒子物理學正在進入一個探索的新時代。

2020年，歐洲粒子物理戰略(ESPPU)的更新，將這個領域的探索方向深入到了整個21世紀。經過兩年的討論和協商，ESPPU確定電子——正電子希格斯粒子工廠是繼LHC之後最優先考慮的對撞機方案。這個機器將在一個更加純淨的環境下使各種基本粒子與希格斯玻色子進行碰撞，系統研究希格斯玻色子的性質，並形成一系列持續的研究項目，包括暗物質的成分和關於中微子的難題。

LHC之後開始具體塑造CERN的未來

為了做更長遠的準備，ESPPU優先考慮歐洲和國際合作夥伴，探索未來能量至少為100 TeV的質子對撞機在技術和財政上的可行性。除了可以在前所未有的尺度上搜索新現象，這臺機器將使希格斯玻色子如何與自身相互作用的詳細研究成為可能，提供對早期宇宙電弱相位轉變的更深入理解，轉變之後的真空獲得了非零期望值，粒子得以獲得質量。

建立基礎

該策略首先是由科學驅動的，並且呈現了該領域的科學優先級。我們已經開始著手具體塑造LHC之後CERN的未來，這是一項艱巨的任務，因為有很多種不同的方案可供選擇。

這是自2005年啟動該進程以來的第二次戰略更新，旨在確保合理使用全球資源，作為歐洲核子研究中心工作的指導方針，並使歐洲的科學政策保持連貫。在2013年結束的上一項戰略更新的基礎上，2020年的戰略更新指出，成功完成高亮度大型強子對撞機仍將是歐洲粒子物理學的焦點，同時在實驗技術上繼續創新。通過CERN的中微子平臺，也將繼續支持美國的長基線中微子設施和日本的中微子項目。與對撞機項目互補的各種項目是ESPPU建議的重要支柱，該建議敦促歐洲核子中心支持的實驗包括：「味」物理學、電偶極矩或磁偶極矩的精確研究，以及搜索」軸子「、候選暗物質區和弱相互作用粒子。

該報告指出，粒子物理持續引領基礎科學項目深入研究對科學進步至關重要。除了與天體粒子和核物理團體建立強有力的合作之外，歐洲核子研究中心應當在全球範圍內加強和擴大合作。

探索下一個前沿

2013年ESPPU建議歐洲核子研究中心在LHC之後探索下一代對撞機建設的可行方案。如今，在世界各地建立希格斯粒子工廠有四種可能的選擇：日本的國際線性對撞機(ILC)，歐洲核子研究中心的緊湊線性對撞機(CLIC)，歐洲核子研究中心的未來圓形對撞機(FCC-ee)，以及中國的圓形電子—正電子對撞機(CEPC)。隨著希格斯粒子的發現，ESPPU發現這四種方案都具有相當的可行性，儘管它們的時間安排不同，在其他能量下研究物理規律的偏重和潛力也各有不同。雖然ESPPU沒有具體說明應該建造哪一種設備，但他們表示，歐洲核子研究中心未來的強子對撞機所必需的大型圓形隧道，也可能為FCC-ee提供所需的基礎設施，作為可能的第一步計劃的基礎。

除了作為希格斯粒子工廠，FCC-ee還能夠提供大量的弱矢量玻色子和它們的衰變產物，這將使電弱物理的精確測試和「味」之謎的研究成為可能。我們深入考慮了3 TeV的CLIC和100 TeV的圓形強子對撞機(FCC-hh)。雖然擬議中的380 GeV CLIC還提供了一個希格斯工廠作為第一階段，與大型強子對撞機的13 TeV相比，未來的強子對撞機能量將大幅增加，這導致ESPPU認為這項技術是未來能源前沿設施中最有前途的技術。

因此，歐洲將與國際合作夥伴一起，以FCC-ee希格斯工廠和電弱粒子工廠(electroweak factory)作為可能的第一階段，進行建造這樣一臺全新的加速器的可行性研究，爭取在全球的共同努力下，在本世紀末完成。預計歐洲還將進一步投資於FCC-hh的高場超導磁體的研發，同時保留為CLIC開發的先進加速器技術項目，該項目在基於加速器的科學領域也有重要的潛在應用，而不僅僅是高能物理學。

歐洲應該敞開合作大門

該報告還指出，在日本的國際線性對撞機(ILC)與這一戰略相一致，在這種情況下，歐洲粒子物理學界將希望進行合作。下一步自然是探索最高優先級建議的可行性，同時繼續追求高影響項目的多樣化計劃。歐洲應該敞開大門，參與該領域其他的重要項目。

為了實現ESPPU雄心勃勃的目標，粒子物理學家們被敦促對先進的加速器技術進行積極的研發，特別是關於高場超導磁體，包括基於高溫超導體的磁體。ESPPU的報告還指出：歐洲應該制定一個技術路線圖，考慮到與國際合作夥伴和其他團體的協同作用，比如光子和中子科學、核聚變能源工業等。該報告還強調了加速器技術創新在推動許多其他科學、工業和社會領域的重要作用。除了高場磁體，路線圖還應包括等離子加速計劃的研發、介子對撞機的國際設計研究以及高強度、多匝能量回收直線加速器的研發。

對粒子物理學來說這是具有歷史意義的一天

ESPPU的建議強調有必要繼續努力，將加速器設施對環境的影響降到最低，並將未來項目的能源效率最大化。歐洲還應繼續大力支持涵蓋粒子物理全譜系的理論研究，尋求新的研究方向，並與宇宙學、天體粒子物理和核物理相聯繫。還將與其他科學和工業領域合作，開發利用信息技術和數據科學的最新進展的軟體和計算基礎設施。粒子物理學家應該與歐洲核子中心委員會建立更牢固的關係，並繼續引導通過開放科學數據和成果促進知識共享。

「對於歐洲核子研究組織和歐洲及其他地區的粒子物理學來說，這是具有歷史意義的一天。」「我們都非常激動，我們已經準備好為實施這一雄心勃勃但又謹慎的計劃而努力。」我們將繼續投資於CERN和CERN成員國及其他研究機構之間的強有力的合作項目。這些合作是持續科技進步的關鍵，並帶來許多社會效益。