粒子物理学（高能物理学）是研究粒子的结构以及粒子间相互作用的一个物理学分支，这是非常基础的研究。研究粒子的结构及相互作用往往需要把粒子打开，打开的方法是让高速的粒子撞击物体或让两个高速的粒子迎头相撞。要使粒子获得较大的速度或能量主要要两种方法，一是靠天吃饭，获取来自宇宙中的高能粒子；二是自己动手解决温饱，用粒子加速器对粒子进行加速。

对撞机是目前非常重要的粒子加速器，是将两束粒子加速到非常高的能量后使粒子迎头相撞。对撞机主要分两种，一种是正反粒子对撞机；另一种是直线对撞机。不论是哪种对撞机，目前只有建造得足够大才有希望做出比较有价值的成果。目前世界上最大的对撞机是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机LHC，其周长达到了27千米。杨振宁和王贻芳等人争论的要不要建造的超大型对撞机CEPC-SppC，周长达千米。

这么大的对撞机居然是用来研究非常微小的亚原子粒子的，这个景象好像有点滑稽。为什么会是这样呢？

其实环形对撞机是从回旋加速器基础上逐步发展出来的。回旋加速器是由美国物理学家劳伦斯发明，劳伦斯还因此得到了诺贝尔物理学奖。劳伦斯最早发明的回旋加速器很小，可以直接握在手中。对粒子进行加速时有一个规律，加速器的半径越大、磁场越强，加速后粒子获得的动能也就越大。要更好地进行研究，就需要有更高能量的粒子。粒子物理学家对更高能量的追求几乎是无止境的，于是加速器越造越大，能量也越来越高。

粒子在磁场中受到的洛伦兹力不能对粒子进行加速，只有电场才能对粒子加速。如果用直线加速器对粒子进行加速，粒子在轨道上只能加速一次，加速通道越长，粒子就越容易达到更高的能量。这样直线加速器也要建得比较长，目前长度一般要在1千米以上。如果建环形加速器，粒子就可以在电场中加速后再折返回电场进行又一次的加速。粒子加速到的能量越大，要折返回来就需要拐一个非常大的弯，所以能量越高的加速器，其半径也就越大。

尽管对撞机已经建得非常庞大，但加速后粒子的能量仍然无法和宇宙中一些高能粒子的能量去比较，往往会有几个数量级上的差距。不过和靠天吃饭的宇宙射线比起来，加速器不用靠天吃饭，并且加速器能够提供更高的流强。所以，实验粒子物理学家们都非常爱惜对撞机。