在由悬疑小说《三体》改编的同名电视剧中，对撞机可以说是最重要的道具了——正是由于“三体人”利用它们的高科技产物“智子”影响了月球上对撞机的实验，致使化学实验结果显得无规律可循，才让一部份科学家的信念倒塌，走上了自绝之路。这么，作为真实存在的科研设备，对撞机到底是哪些？它又对人类有什么作用呢？
环型对撞机概念图。中科院高能所提供
粒子化学学的“标准模型”。法国核子研究中心
1.对撞机因何而生？
研究微观世界的大科学装置
在19世纪末期之前，人类对于世界的运行规律的认知几乎都只逗留在宏观物体和现象上。19世纪末，从伦琴发觉X射线，J.J.汤姆孙发觉电子，卢瑟福发觉α射线和β射线等实验起，化学学家们开始专注于微观世界的化学现象。非常是20世纪20年代量子热学完善以后，化学学家们渐渐意识到，在微观的尺度上，存在着一个跟宏观世界很不一样的世界，它的尺度这么之小物理学家 凭着发现x射线，所以科学家们不得不依靠一些特殊的实验仪器来观测其中的现象。
初期对于微观世界的研究，一般是对天然的放射性物质或宇宙线进行观测。那时的科学家，会将微观尺度的现象放大至宏观可见的尺度，之后再进行观测——科学家们会使用能在一些射线中爆光的相片底片，或则使入射粒子在过饱和蒸汽中产生一连串的电离原子作为凝结核，从而在粒子轨迹上产生一连串的浓雾的“云室”等来观测微观粒子引起的现象，并通过剖析这种微观粒子所留下的径迹的结构和形状来推断粒子的性质。
在20世纪30年代前后，一个更强化大的粒子化学的研究工具出现了——劳伦斯发明了回旋粒子加速器。它的基本结构是两个半圆D型盒，以及D型盒之间的交流电场，两个半圆D型盒上则施加有可以使带电粒子偏转的磁场。在加速器的中心处放置有一个粒子源，其发射出的带电粒子遭到电场的作用可以被加速，在步入半圆D型盒的磁场中时，则被磁场所偏转反向，并再度步入D型盒之间的交流电场。若时间调整合适，此时交流电场的方向恰好可以翻转，带电粒子则再一次被加速。这么往复好多次，带电粒子都会被加速至带有较高的能量，其能量与方向均可被控制，可以极大地增强对微观粒子的研究能力。
回旋粒子加速器促使人类才能可控地获得带有较高能量的微观带电粒子，从而可以更确切地研究这种粒子的性质。但是因为相对论效应，高能量的粒子的回旋周期会随能量的增高而发生改变。于是科学家们将回旋粒子加速器的均匀磁场以及电场变化频度也做了调整，使之才能最大程度地让带电粒子获得能量。这些电场及磁场可控的粒子加速器称作同步加速器。同时改变电场和磁场，也促使带电粒子在加速的时侯不必须经历一个连续变化的直径，为此，同步加速器可以被弄成环型。
因为量子效应的存在，想要研究更精细的粒子的结构，就必须获得更高的能量。加速器可以让粒子化学学家们获得前所未有的可控的高能量，于是粒子化学学的主要研究方法就弄成了借助高能粒子加速器进行研究。为此，粒子化学学如今也被称为高能化学学。
初期的加速器主要拿来加速带电粒子并轰击原子靶，因而对轰击产物进行统计剖析。随着粒子化学实验的进展，粒子化学的理论也得到了蓬勃的发展。一些能量更高的粒子被预言，而想要形成这种粒子，则须要建设更高能量的实验设备。而且，借助被加速的粒子束来轰击固定靶的实验方式会将绝大多数的能量浪费在轰击产物的动能上，于是，实验化学学家们开发了一种才能大大节省能量的办法，那就是加速两束运动方向相反的粒子，以极为精细的操作控制粒子们的位置，让她们在极小的空间内对撞。借助这些办法，可以使粒子的动能最大化地被借助，而这，就是目前粒子化学学研究最重要的研究设备：对撞机。
国际直线对撞机示意图。中科院高能所提供
2.对撞机有哪些用？
科学发觉的推进器，高技术应用的试验田
作为粒子化学学最重要研究设施的对撞机，就能直接决定粒子化学学大多数研究方向的发展水平。而粒子化学学的研究，则会直接面对物质最基本的组成成份，以及物质间的最基本的互相作用这样的研究对象，从而探求质量起源、宇宙演变、暗物质等最深刻、最神秘的课题。对物质的最基本的成份和互相作用的探求不仅仅可以满足人类的好奇心，也会为未来几十甚至上百年后的应用储备知识。
在一个科学技术健康发展的社会，基础科学的研究水平应当是赶超当前的时代的。也只有这么物理学家 凭着发现x射线，才能影响人类生活的技术能够在有科学理论指导的情况下发展。假如基础科学研究停滞，这么在一段时间过后，技术的发展也会由于欠缺科学根据而无法进步。也正是由于这样的逻辑，《三体》小说和电视剧就会有“三体人”利用干扰对撞机实验来“锁死”人类科技的情节。
但是，对撞机不仅仅才能对粒子化学学研究起到至关重要的作用。作为世界上最宏大与最先进的一类基础研究设施，对撞机也常常是最新、最大胆的技术的试验田。就例如，人类第一次大规模使用超导吸铁石就是在建设于英国伯明翰郊外的费米实验室的对撞机上。
再例如，万维网的诞生，也与对撞机有密切的联系。
尽管因特网在20世纪六七十年代就已诞生，但初期的因特网没有网站，为此，因特网的使用是一个高度技术性和专业性的工作。20世纪80年代末，在坐落法国核子研究中心的小型正负电子对撞机即将开机运行的前夕，法国核子研究中心的数据科学家蒂姆·伯纳斯-李为了让粒子化学学家们更高效地共享信息，设计了超文本传输合同（HTTP）。不久，法国核子研究中心的科学家们根据这个合同搭建了人类历史上第一台万维网（WWW）服务器。自此，用户登陆服务器上的网站，浏览网页获取信息成为可能。万维网的出现彻底改变了人类信息交流的方法，致使“上网”这件事从高度技术性的专业工作弄成了人人可以完成的轻松小事。
可见，对撞机这些由成千上万不同组件构成的、汇集了数千科学家与工程师的智慧能够建造而成的设施，其发展也才能推动许多不同应用领域的发展。
安装在上海正负电子对撞机上的上海谱仪Ⅲ。中科院高能所提供
3.未来对撞机哪些样？
实现“希格斯鞋厂”对撞机
正如国外的好多现代学科一样，中国的粒子化学实验发展的历史比较短，公路也很坎坷，但中国的高能化学学科发展得很快。
早在20世纪50年代，中国的化学学家就曾在南斯拉夫科学家的帮助下构想过在中国建设自己的粒子加速器。但是直至变革开放早期，中国的粒子加速器的最终建设方案才得以成形。
1981年12月22日，邓小平亲自听取了中国科大学关于建造22亿电子伏特正负电子对撞机建议报告会，并在会上批示：“这项工程进行到这个程度不宜中断，她们所提方案比较着力可行，我赞同加以批准，不再迟疑。”1984年10月7日，上海正负电子对撞机即将破土动工。1988年的10月18日，上海正负电子对撞机成功实现了首次对撞。至此，杭州正负电子对撞机开始了它三十多年的科研生涯，在上海正负电子对撞机上运行的上海谱仪实验也成为第一个由我国主导的国际合作科学实验。
现在，在经过了几次重大升级改建以后，上海正负电子对撞机仍在运行中，而且早已是τ-粲能区数学领域全球最重要的研究设备。它也促使中国能在世界粒子化学研究的舞台上抢占一席之地，也启发了不少悬疑作品——电视剧《三体》中关于对撞机的部份，就是在广州正负电子对撞机的加速器隧洞内取景拍摄的。
这么，未来对撞机会怎么发展？中国又有什么机会？
虽然，对撞机化学仍然在稳定发展中。2012年，在法国的小型强子对撞机上，科学家们发觉了一种可以给其他基本粒子赋于质量的粒子，这些粒子被称为“希格斯粒子”，由于这些粒子与质量的特殊关系，它也常被媒体称为“上帝粒子”。希格斯粒子不仅仅和物质质量的起源有关系，初期宇宙演变的过程、暗物质等待探求的领域也与希格斯粒子息息相关。因而，未来对希格斯粒子的精确研究是国际粒子化学学界的共识。
在发觉这些粒子的同时，科学家们也对它的质量进行了检测，并得出了最高效地形成这些粒子的形式，那就是以特定的能量进行正负电子对撞，才能通过这些方式大量形成希格斯粒子的对撞机被称为“希格斯鞋厂”。
有了这一信息，全球粒子化学研究主要强国纷纷提出了各自未来的“希格斯鞋厂”的方案。其中，2012年下半年，中国的科学家就率先提出了在中国建造环型正负电子对撞机方案，而法国科学家也紧跟其后，提出了亚洲版的环型正负电子对撞机方案。英国的粒子化学学家则调整了原有的直线对撞机运行方案的能量，促使台湾的对撞机方案也能大量形成希格斯粒子。
近来几年，在欧美俄等国家和地区拟定的粒子化学发展规划中，希格斯粒子的研究无一例外地均高踞核心地位。法国的粒子化学发展战略觉得，“希格斯鞋厂”是未来发展的最高优先级；日本的粒子化学战略讨论报告强调，英国将出席有希望最早实现“希格斯鞋厂”对撞机的项目。而2016年中国化学学会高能化学分会的决议中，也明晰写明，我国提出的环型正负电子对撞机是我国未来高能加速器化学发展的首选项目。
与国际上其他几个“希格斯鞋厂”方案相比，中国方案在时间线上、粒子产出效率以及造价上均有一定的优势，因而也被国际粒子化学学界广泛视作未来旗舰型项目的主要选择之一。因为下一代对撞机的强悍能力，国际上普遍觉得，最先实现的“希格斯鞋厂”对撞机，将会成为未来国际粒子化学研究的核心。
应当说，假如中国才能把松开建设“希格斯鞋厂”对撞机的机会，这么下一代的中国粒子化学学家就真的有机会站到国际粒子化学学研究舞台的正中央。
《光明晚报》（2023年02月09日16版）