本报记者 刘霞
12月初，美国粒子物理学项目优先级小组(P5)向美国能源部和国家科学基金委员会提交了一份报告，列出了美国高能物理未来发展5大优先事项。该委员会约每10年召开一次会议，负责向上述两个美国高能物理研究领域的主要资助机构提供建议。
英国《自然》杂志网站报道指出，这些优先事项中，位居榜首的是宇宙微波背景-第四阶段(CMB-S4)项目。该项目设想在智利阿塔卡马沙漠和南极之间建立一个由12个无线望远镜组成的阵列，以捕捉宇宙大爆炸后瞬间发生的物理过程。该报告还支持揭示暗物质究竟是“何方神圣”，探究中微子的起源，并进一步了解希格斯玻色子。报告也建议美国启动相关研究，验证缪子对撞机的可行性。
捕捉大爆炸后的“余韵”
CMB-S4的目标是研究宇宙大爆炸后约38万年产生的辐射。当时宇宙处于混沌状态，各种从等离子体“变身”为气体的粒子在其中翻滚。
CMB-S4上的微波天线将测量辐射到达地球时其电场摆动的角度，由此产生的偏振图像有望揭示引力波的特征模式。自宇宙大爆炸以来，这些引力波一直在动摇时空结构。虽然宇宙微波背景是目前可探测到的最古老的电磁辐射，但其偏振有助科学家了解更亘古的宇宙往事。
包括欧洲空间局的普朗克空间望远镜和位于南极的“第二代宇宙泛星系偏振背景成像望远镜”(BICEP2)在内，多个大型项目试图在宇宙微波背景的偏振图像中找到原初引力波的“蛛丝马迹”。天文学家也在阿塔卡马沙漠建造一系列名为西蒙斯天文台的碟形望远镜，预计2024年中完工。研究人员设想CMB-S4是放大版的西蒙斯天文台，将于本世纪30年代中期“上岗”。
更大规模“通缉”中微子
国际深地下中微子实验(DUNE)目前已在紧锣密鼓地建设当中，预计将于本世纪30年代初竣工。根据计划，美国费米国家实验室的一台加速器产生的中微子，会穿过地壳，被1300公里外的南达科他州利德的桑福德地下研究设施捕获。
2014年，P5将DUNE项目列为首要融资任务。但此后其命运多舛，成本严重超支，促使美国能源部将位于达科他州的探测器的尺寸几乎减半。P5的新报告提议，让该探测器回到最初规划的尺寸，并升级费米实验室的设施，将其发射中微子束的强度提高10倍。
P5的报告还建议扩大“冰立方中微子天文台(IceCube)”的规模。IceCube迄今已获得许多成果：发现第一个超高能中微子、绘制出第一张银河系中微子图等。P5在新报告中建议建造第二代IceCube，将监测的冰体积增加10倍，以捕捉更多中微子。该升级版探测器将耗资3.5亿美元，有望推进多项中微子研究。
希格斯玻色子工厂有望发现新物理学
物理学家提出了几种加速器设计方案，希望借此产生大量希格斯玻色子，并精确测量与其他粒子的相互作用。他们认为，这些研究获得的结果可能颠覆标准模型，甚至催生全新理论。
目前拟议的希格斯工厂之一是国际线性对撞机，它可能由日本领导建造。欧洲核子研究中心则希望在大型强子对撞机旁建造一个约90公里长的圆形对撞机。P5称，不管哪个项目建成，美国都应该像对大型强子对撞机那样作出贡献。
加大暗物质搜寻力度
许多实验试图探测席卷太阳系的暗物质风。这些实验的想法是：假设的弱相互作用大质量粒子(WIMP)可能偶尔与探测器中的原子碰撞，释放出闪光。但这些实验迄今都折戟沉沙。P5建议美国资助一个更大规模的此类探测器，以获得最终结论。
目前最有潜力的WIMP探测方法是使用液态氙，科学家已使用接近10吨氙建造了多款探测器并取得一些研究成果。但P5指出，全面探索WIMP可能需要50吨氙。
论证缪子对撞机可行性
P5提议探索建造能粉碎缪子的对撞机的可行性。目前尚不清楚能否建造出此类机器，P5建议扩大研发规模，建造出验证对撞机。
P5委员会主席、加州大学伯克利分校物理学家村山齐(音译)在新报告的新闻发布会上指出，他们目前并不知道缪子对撞机是否可行，但努力实现它会带来高额回报。此外，报告还建议加强研究使用等离子体加速电子的相关技术，以及对撞机用更先进的磁体。
