加速器将把这个更重的电子粉碎在一起，研究人员希望能发现新的粒子。

有几种可能的加速器可以跟随大型强子对撞机。图片来源：丹尼斯巴利布斯/路透社/阿拉米

在美国建造粒子对撞机的势头正在增长，该对撞机可以粉碎 μ 子——更重的电子表亲。对撞机将跟随世界上下一个尚未建造的主要加速器，物理学家希望它能发现新的基本粒子。尽管 μ 子的短暂性使得这种对撞机在技术上难以制造，但其主要优势在于它比竞争对撞机设计更小且可能更便宜。其倡导者表示，这一愿景最早要到 2040 年代仍然很遥远，但现在需要开始研究和开发。

伊利诺伊州巴达维亚费米国家实验室 (Fermilab) 的粒子物理学家 Karri Di Petrillo 说，这是一个“大胆而充满希望的愿景”。她说，世界各地的物理学家都在考虑这种对撞机的可行性，但在美国举办它“将改变我这一代物理学家的游戏规则”。

改造后的大型强子对撞机将如何寻找新的物理学斯诺马斯期间出现了物理学家对 μ 子对撞机的支持，这是美国粒子物理学界的一项重大规划活动，大约每十年制定一次科学愿景。演习在 7 月 17 日至 26 日在华盛顿州西雅图举行的为期 10 天的研讨会中达到高潮。组织者现在将把数千名科学家的观点提炼成一份报告，描述该领域的主要问题以及解决这些问题所需的内容，这最终将影响美国联邦的资助。物理学家为该演习的“能源前沿”部分贡献的白皮书中，几乎有三分之一是关于 μ 子对撞机的，会议上兴奋的支持者出售了支持该计划的 T 恤。

希格斯工厂

μ子机器将跟随“希格斯工厂”的建设，这是一个主要的对撞机，欧洲、中国和日本的合作已经在竞相建造，以精确研究被称为希格斯玻色子的基本粒子(参见“未来对撞机”)。位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 (LHC) 于 2012 年发现了与赋予粒子质量的场有关的希格斯粒子。但它没有发现许多物理学家认为的其他新粒子预料之中，有些人现在认为这可能超出了机器的能力范围。

希格斯工厂将把电子与其对应的反物质正电子聚集在一起，碰撞比大型强子对撞机中的质子-质子碰撞更干净，从而可以进行精确研究。相比之下，μ子对撞机将是一台“发现”机器，试图通过前所未有的能量碰撞发现新粒子，并阐明先前实验结果中发现的差异的原因。

μ子可以被加速到比电子更高的能量，因为它们作为同步辐射损失的能量更少。与质子碰撞相比，它们具有很大的优势。这些涉及粒子组成夸克之间的粉碎，每个夸克只携带总碰撞能量的一小部分。因为μ子是基本粒子，所以每次碰撞都涉及粒子的全部能量。这意味着一个 10 万亿电子伏 (TeV) 的 μ 子对撞机，长约 10 公里，所产生的粒子能量与欧洲核子研究中心希望在本世纪下半叶。

自 1960 年代以来，介子对撞机的概念就已经存在。但是直到最近几年才开发出可行的技术来处理μ子的怪癖，其中包括它很容易衰变，产生令人讨厌的背景噪音，并且很难哄骗形成强烈的光束。明尼阿波利斯明尼苏达大学的物理学家 Priscilla Cushman 说，现在美国物理学家的兴奋是因为有足够的时间来开发和制造机器以成功建立希格斯工厂，并且有很多人在这上面工作。

费米实验室的粒子物理学家兼斯诺马斯指导小组主席乔尔巴特勒说，它是否会在美国建造取决于资金和政治以及技术可行性。欧洲核子研究中心还在组织一项国际合作，以研究μ子对撞机的可行性。他说，对于摆在桌面上的所有对撞机选项，美国物理学家必须进行足够的研究和开发，“以便在必须做出选择时，以一种好的方式做出选择”。

加州斯坦福大学的粒子物理学家 Caterina Vernieri 表示，对 μ 子对撞机的热情越来越关注成本和可持续性，她是一个提出更便宜的希格斯工厂设计的小组的成员，该设计被称为酷铜对撞机。斯诺马斯过程的一部分。

暗物质

远距离对撞机只是斯诺马斯议程的一小部分。在他们的近期计划中，物理学家强调了他们从 2026 年开始对 LHC 进行高强度升级的承诺，这将产生的数据是到那时创建的数据的十倍以上。他们还重申了他们希望在美国分阶段建设一项名为 DUNE 的 1,300 公里的实验，该实验旨在研究被称为中微子的难以捉摸的粒子的性质。一些人主张继续进行 CMB-S4，这是对宇宙微波背景的下一代调查。

跨越学科的呼吁是确保存在广泛的设施来寻找暗物质。在过去十年中，无论是在用于搜索它们的大型探测器还是在大型强子对撞机上，都未能找到一种理论上预测的被称为弱相互作用大质量粒子 (WIMP)的暗物质，这意味着暗物质必须更加奇特比想象的要好。

格拉茨大学的暗物质物理学家苏西塔·库尔卡尼 (Suchita Kulkarni) 说，物理学家希望寻找更轻的暗物质候选者，并重新审视他们的研究，以考虑它可以作为一个完整的粒子家族存在，而不仅仅是一个粒子。参加斯诺马斯会议的奥地利。斯坦福大学的物理学家 Micah Buuck 说，要找到它需要进行一些大型而敏感的实验——比如那些已经在寻找 WIMPS 的实验——以及更多小型的实验性实验。

资金建议

指导小组成员库什曼说，来自世界各地的物理学家提交了 521 篇论文，为期两年的斯诺马斯过程“令人筋疲力尽，但令人兴奋”。

关键时刻将在明年到来，届时美国联邦粒子物理优先级小组(P5)将利用斯诺马斯的结论——以及预算考虑——向能源部和国家科学基金会的资助者提出未来十年的投资建议.

Kulkarni 说，物理学家现在正在研究如何最好地与资助者和公众沟通。在过去的十年里，他们没有发现许多人所期望的——与标准模型的偏差，他们对粒子物理学的最佳描述，他们知道这是不完整的。“社区正在努力建立一致和诚实的叙述，”库尔卡尼说。“我们正在尽我们所能，并将从中学到一些东西。但发现是善变的情妇，你永远不知道什么时候会得到它们。”