CERN, Euroopan ydintutkimusjärjestö, haluaa rakentaa hiukkastörmätimen, joka kääpiyttää Suuri hadronitörmätin (LHC). LHC on tehnyt tärkeitä löytöjä, ja sen tehon suunnitellut päivitykset takaavat, että se jatkaa työskentelyä fysiikan ongelmien parissa myös tulevaisuudessa. Mutta lopulta se ei riitä fysiikan salaisuuksien paljastamiseen. Lopulta tarvitsemme jotain suurempaa ja tehokkaampaa.
Enter the Future Circular Collider (FCC). FCC ylittää teholtaan LHC:n suuruusluokkaa. FCC-yhteistyö julkaisi 15. tammikuuta Conceptual Design Report (CDR), jossa esitetään vaihtoehdot CERNin Future Circular Colliderille.
FCC on osa CERNin tulevaisuuden etenemissuunnitelmaa. Vuonna 2014 CERN aloitti FCC-konseptin tutkimisen valmistautuessaan elämään LHC:n jälkeiseen elämään. LHC ei ole menossa minnekään lähiaikoina, itse asiassa se on menossa päivitetty juuri nyt . Mutta sillä, mitä se voi tehdä, on rajansa ja sen voimakkuudella. Lopulta se vaatii seuraajan.
'FCC tarjoaisi elektroni-positroni, protoni-protoni ja ioni-ioni törmäyksiä ennennäkemättömillä energioilla ja intensiteetillä...'
CERNin lehdistötiedote, 15. tammikuuta 2019.
Tällä hetkellä tässä raportissa on kyse strategiasta ja prosessista. CERNin lehdistötiedotteen mukaan Euroopan pitäisi 'pystyä ehdottamaan kunnianhimoista LHC:n jälkeistä kiihdytinprojektia CERNissä seuraavaan strategiapäivitykseen mennessä'. Siinä sanotaan myös: 'FCC tarjoaisi elektroni-positroni-, protoni-protoni- ja ioni-ioni-törmäyksiä ennennäkemättömillä energioilla ja intensiteetillä, ja mahdollisuus elektroni-protoni- ja elektroni-ioni-törmäyksiin.'
”FCC:n konseptisuunnitteluraportti on merkittävä saavutus. Se osoittaa FCC:n valtavan potentiaalin parantaa tietomme perusfysiikasta ja kehittää monia teknologioita laaja vaikutus yhteiskuntaan ', sanoi CERNin pääjohtaja Fabiola Gianotti. 'Samalla kun FCC esittää uusia, pelottavia haasteita, se hyötyisi suuresti CERNin asiantuntemuksesta, kiihdytinkompleksista ja infrastruktuureista, joita on kehitetty yli puolen vuosisadan aikana.'
Ilmoitus keskittyy löytöihin Higgsin bosoni LHC:ssä. Se oli merkittävä löytö, jonka teoria ennusti pitkään. Mutta Higgs-Bosonista emme vielä tiedä paljon, ja sen ymmärtäminen vaatii tehokkaamman hiukkastörmäimen kuin LHC. Fyysikot uskovat, että Higgs-Boson voisi avata kokonaan uuden oven fysiikkaan, mutta oven avaaminen vaatii tehokkaamman hiukkastörmäimen.
FCC:n protonitörmäyskone käyttäisi uuden sukupolven suprajohtavia magneetteja ja tarjoaisi paljon uusia mahdollisuuksia fysiikan opiskeluun. Se on suunniteltu toimimaan 100 TeV:n ja korkeammilla energioilla, mikä tarkoittaa, että se mahdollistaisi äärimmäisen tarkasti toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevien Higgs-hiukkasten tutkimisen.
Uusi hiukkasten törmäyskone käyttää voimaaan myös tutkiakseen pimeää ainetta, yrittääkseen ymmärtää aineen yleisyyttä antiaineeseen verrattuna ja yrittää selittää neutriinomassat.
Se voisi jopa löytää uusia massiivisia hiukkasia ja mahdollistaa sen roolin perusteellisen tutkimisen sähköheikon symmetrian rikkoutuminen universumimme historiassa. FCC törmää myös raskaita ioneja ja ylläpitäisi runsasta raskaiden ionien fysiikan ohjelmaa aineen tilan tutkimiseksi varhainen universumi .
Taiteellinen vaikutelma törmäystapahtumasta tulevan ilmaisimen keskellä alustavien suunnittelututkimusten jälkeen. Kuvan luotto: CERN.
Jos FCC rakennettaisiin, se olisi samassa paikassa kuin LHC, Geneven altaalla. Uusi hiukkasten törmäyskone olisi halkaisijaltaan 80-100 km (50-62 mailia).
'FCC:n perimmäisenä tavoitteena on tarjota 100 kilometrin suprajohtava protonikiihdytinrengas, jonka energia on jopa 100 TeV, mikä tarkoittaa, että se on suuruusluokkaa tehokkaampi kuin LHC', sanoi CERNin kiihdytin- ja teknologiajohtaja Frédérick Bordry. 'FCC-aikajana ennakoi elektroni-positronikoneen aloittamista, aivan kuten LEP edelsi LHC:tä. Tämä mahdollistaisi rikkaan ohjelman, joka hyödyttäisi hiukkasfysiikan yhteisöä koko 2000-luvun ajan.'
'Protonitörmäyttimet ovat olleet valintatyökalu sukupolvien ajan uudemman fysiikan etsimiseen pienimmässä mittakaavassa. Suuri protonitörmätin merkitsisi harppausta eteenpäin tässä etsinnässä ja laajentaisi fysiikan ohjelmaa ratkaisevasti LHC:n ja mahdollisen elektroni-positronitörmätäjän tuottamia tuloksia pidemmälle. sanoi CERNin tutkimus- ja tietojenkäsittelyjohtaja Eckhard Elsen.
Kohtaus CERNin videosta 'Designing the Future Circular Collider'. Uusi hiukkasten törmäyskone rakennettaisiin Geneven altaalle, lähellä LHC:tä. Kuvan luotto: CERN.
Uusi hiukkastörmätin olisi massiivinen suunnitteluprojekti. 100 kilometrin tunnelin arvioidut kustannukset ovat 9 miljardia euroa. Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, se aloittaisi fysiikan ohjelmansa vuonna 2040, aivan vuoden lopussa. Korkean valoisuuden LHC . Aluksi hiukkasten törmäyskone toimisi elektroni-positronitörmäyttimenä ja palvelisi fysiikan yhteisöä 15-20 vuotta. Sitten se muutettiin suprajohtavaksi protonikoneeksi samaa tunnelia käyttäen 2050-luvun lopulla. Se maksaisi 15 miljardia euroa lisää.
CERNin hiukkastörmäimien aikajana. Kuvan luotto: CERN.
Uudesta hiukkastörmätimestä tulee valmistuessaan hiukkasfysiikan tutkimuksen maailmankeskus, samalla tavalla kuin LHC:ssä. Se on tekniikan, teknologian, tieteen ja teollisuuden innovaatioiden veturi. Se myös kouluttaa seuraavan sukupolven fyysikoita ja tutkijoita.