不久前，物理学家们在宇宙中“听到”了宇宙的第一次震动，最近的一项新发现虽然并不是宇宙尺度，但却同样对理论物理学影响深远。欧美的科学家利用世界上最强大、最昂贵的粒子加速器成功测定了顶夸克的质量，这是人类精确测量的最小的质量。探讨宇宙之大和夸克之小看似对我们的日常生活影响不大，但对于人类的未来而言却有着巨大的意义。据悉，测定夸克质量中动用的欧洲强子对撞机、美国万亿电子伏特加速器这样的超级基础科学研究设施目前中国也在积极研究，不远的未来，我们也将加入这场揭示宇宙神秘真相的“竞赛”中。
欧洲强子对撞机（CG效果图）
欧洲核子研究中心与美国费米国家实验室3月19日在一个国际物理学会议上联合宣布，科学家们通过欧洲大型强子对撞机（LHC）实验与美国万亿电子伏特加速器（Tevatron）实验，已成功测出目前最为精确的顶夸克质量。
夸克是构成物质的基本单元，由比质子、中子更微小的物质组成。顶夸克则是科学家最后发现的一种夸克，被认为是了解宇宙本质的最重要工具之一。顶夸克只在宇宙大爆炸初期的几分之一秒内以自然状态存在过；而顶夸克出现后，会在观察者还来不及眨眼的瞬间就衰变为其他；顶夸克也是目前发现最重的夸克，质量超过质子的100倍——其巨大的质量注定了只有很大的能量才能使其产生，譬如借助Tevatron及LHC这一等级的人造粒子加速器的力量。
1994年4月6日，正是美国费米实验室利用Tevatron首次发现了顶夸克的存在，在欧洲LHC诞生前，它也是唯一有能力使顶夸克“现身”的仪器。2009年LHC开始运行后，制造了接近一千八百万个顶夸克事件，以此成绩跃居为全球领先的“顶夸克工厂”。
欧洲强子对撞机内部
据物理学家组织网报告称，此次精确测定的顶夸克质量，是欧洲大型强子对撞机与美国万亿电子伏特加速器国际科研团队完成的首个合作成果。在此之前，利用两大对撞机进行的4项不同的强子对撞实验项目——超导环场探测器（ATLAS）、CDF探测器、紧凑缪子线圈（CMS）与DZero探测器均测出了顶夸克质量，但各自测量顶夸克衰败的路径不同。两大机构科学家在汇集并分析了实验数据后，排除了其中的不确定性，将顶夸克质量精确为173.34±0.76GeV／c2（GeV／c2是基本粒子质量的一个单位）。
此次对顶夸克质量的精确测量，将可保证进一步验证并描述顶夸克、希格斯玻色子与W玻色子间量子联系的数学框架，科学家们也将在此基础上寻找新物理的“暗示”，即能更好理解宇宙本质的新理论。
四个实验的合作共有来自五十多个国家超过六千名科学家参与其中，费米实验室主任奈杰尔·洛克耶说，该成果乃领域内国际合作的一个极好范例。欧核中心总干事罗尔夫·豪雅则表示，正是实验性的合作和实验室之间的竞争激励了科学家，推进了我们对宇宙的认知。
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中国未来对撞机进入论证阶段
中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)2月24日至25日在北京举行未来环形正负电子对撞机研讨会，与会科学家们讨论在中国建造下一代环形正负电子对撞机的可能性，以满足被誉为“上帝粒子”的希格斯粒子发现之后高能物理研究领域对大型科学实验设备的需求。
“下一代环形正负电子对撞机未来可改造成质子-质子对撞机，将推动高能物理研究领域朝更高精度测量、更高能量探索方向发展。”中科院高能所所长、2014年潘诺夫斯基实验粒子物理学奖得主王贻芳研究员说，未来的环形正负电子对撞机瞄准希格斯粒子发现后对撞机实验的核心前沿物理问题，其科学目标是精确测量希格斯粒子的性质以及搜索标准模型背后更基础的物理规律。
一方面，中科院高能所现有改造后的北京正负电子对撞机还有8年运行使命，下一代环形正负电子对撞机建成后可实现升级换代；另一方面，大型科研基础设施的建造运行，一般都需要5到10年的准备时间。因此，中国目前着手规划下一代环形正负电子对撞机的设计建造工作正是时候。
北京正负电子对撞机
这位领导建设北京谱仪和大亚湾中微子实验的科学家介绍说，下一代环形正负电子对撞机计划能量可达到240GeV(1GeV为10的9次方电子伏特)，产生上百万个希格斯粒子，这一能量也是目前运行中的北京正负电子对撞机的60倍。从长远来看，环形正负电子对撞机方案可以改造为大型质子对撞机，其能量比目前正在运行的欧洲核子中心的大型强子对撞机大7倍，将能提供极好的粒子物理研究机会，使中国成为粒子与加速器物理领域世界领导者。
中国科学家最早于2012年提出建造下一代环形正负电子对撞机并适时转为质子对撞机的方案后，在国际上引起巨大反响。在中科院高能所未来环形正负电子对撞机研讨会前夕，包括诺贝尔物理学奖、菲尔兹奖得主等在内的近10位世界一流物理学家相聚北京，围绕“希格斯粒子之后，基础物理学向何处去”主题展开对话，为中国建造下一代环形正负电子对撞机“助阵”。
菲尔兹奖得主、哈佛与清华大学丘成桐教授说，希格斯粒子有人叫它“上帝粒子”，今天也有一个“上帝”赐给的良机，就是参加建造下一个大型对撞机。意大利国家研究委员会主席、欧洲核子研究中心前主任鲁加诺·玛亚尼(Luciano Maiani)表示，中国有机会建造未来环形正负电子对撞机，这是中国高能物理发展的机遇。
“希格斯粒子的发现和更多认知，将会为我们的认识再次带来一场革命。”诺贝尔物理学奖得主、荷兰皇家科学院院士杰拉德·特·胡夫特(Gerard’t Hooft)指出，下一代高能物理对撞机的建设，将会为这场革命带来重要影响。
美国普林斯顿高等研究院教授、中科院高能所高能物理前沿研究中心主任尼玛·亚哈尼·哈米德(Nima Arkani-Hamed)认为，探索更微观的世界，唯一的方法是建立更大的环型加速器，第一步可以进行正负电子对撞实验，会产生很多希格斯粒子，带动相关研究；第二步可以在加速器上进行质子-质子对撞实验，从而探测更高的能量区域，观察更微观的尺度。
诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家戴维·格罗斯(David Gross)把建造下一代环形正负电子对撞机的梦想称做“中国的伟大加速器”。“这会和万里长城一样引人瞩目，会比万里长城的作用更大”，它会在科学技术各领域有突破和发现，“如果中国建造了这个加速器，世界上的许多科学家会来这儿帮忙和工作”。
菲尔兹奖得主、美国普林斯顿高等研究院教授埃德沃德·威腾(Edward Witten)说，如果在目前对撞机的能量上，再提高一个数量级，将会在揭示自然界的奥秘上推前一大步，“现在正是中国成为这一领域领袖的最好时机”。
美国加州大学圣巴巴拉分校教授、2013年基础物理奖获得者约斯夫·英坎德拉(Joseph Incandela)称，建造新的高能加速器将非常重要，将深入理解人类赖以生存的宇宙。“在国际高能物理学界的下一步发展计划中，期待中国扮演一个举足轻重的角色”。
“希格斯粒子发现后，中国有了一个机会，利用成熟的环形加速器技术就可以建造一个‘希格斯工厂’，来研究世界上最先进的研究课题。”王贻芳表示，只有研究清楚希格斯粒子的性质，才有可能了解粒子物理未来的方向。
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