Потрага за одговорима на отворена питања (као што су које фундаменталне честице чине тамну материју, зашто материја доминира универзумом и зашто постоји асиметрија материје и антиматерије, шта је честица силе за гравитацију, тамна енергија, маса неутрина итд.) на која Стандардни модел не може да одговори, можда ће бити потребно погледати даље од Стандардног модела и истражити могуће постојање нових, лакших честица које веома слабо интерагују са честицама Стандардног модела, као и истражити постојање нових, тежих честица ван домашаја постојећег LHC постројења. Предложени Будући кружни сударач (FCC) омогућио би тражење постојања таквих фундаменталних честица ван Стандардног модела. Савет ЦЕРН-а је сада испитао извештај о студији изводљивости FCC-а. Коначна одлука о изградњи FCC-а од стране Савета ЦЕРН-а очекује се око 2028. године. Ако буде одобрен, изградња FCC-а могла би почети 2030-их година. Биће обима око 100 км, смештен око 200 метара испод земље, близу исте локације као и LHC близу Женеве. Наследиће Велики хадронски сударач (LHC), који би требало да заврши свој рад 2041. године. FCC ће бити имплементиран у две фазе. Прва фаза, FCC-ee, биће електрон-позитронски сударач за прецизна мерења у потрази за лакшим честицама, који ће понудити 15-годишњи истраживачки програм од краја 2040-их. По завршетку ове фазе, друга машина, FCC-hh (висока енергија), биће пуштена у рад у истом тунелу. Друга фаза има за циљ да достигне енергије судара од 100 TeV (много више од 13 TeV LHC-а) у потрази за тежим честицама. Ова фаза ће бити оперативна 2070-их и радиће до краја 21. века.
Савет ЦЕРН-а (који се састоји од делегата из земаља чланица и придружених чланица ЦЕРН-а) размотрио је резултате Студије изводљивости за предложени будући кружни сударач (FCC).
Раније је ЦЕРН спровео студију како би проценио изводљивост будућег кружног сударача (FCC) у сарадњи са институцијама у државама чланицама и придруженим чланицама ЦЕРН-а и шире. Извештај је објављен 31. марта 2025. године, а прегледала су га подређена тела Савета ЦЕРН-а. Извештај су такође прегледали независни стручни одбори, који су навели да FCC изгледа технички изводљиво на основу представљене документације.
Делегати Савета ЦЕРН-а су сада испитали извештај о студији изводљивости FCC-а 6. и 7. новембра 2025. године на посебном састанку и закључили да студија изводљивости пружа основу за наставак FCC студија. Ово је важан корак ка могућем одобрењу FCC-а од стране Савета ЦЕРН-а у мају 2026. године, када ће све препоруке бити представљене на разматрање. Коначна одлука о изградњи FCC-а од стране Савета ЦЕРН-а очекује се око 2028. године.
Будући кружни сударач (FCC) је један од предложених сударача честица следеће генерације у ЦЕРН-у. Очекује се да ће наследити Велики хадронски сударач (LHC), који ће престати са радом 2041. године. ЦЕРН тренутно ради на идентификацији следећег сударача који ће наследити LHC, који је тренутна радна снага ЦЕРН-а.
Пуштен у рад 2008. године, Велики хадронски сударач (LHC) је кружни сударач обима 27 км и налази се 100 м испод земље у близини Женеве. Тренутно је то највећи и најмоћнији сударач на свету који генерише сударе на енергији од 13 тераелектронволти (TeV), што је највећа енергија коју је до сада достигао акцелератор. Убрзава хадроне до брзине блиске брзини светлости, а затим их судара опонашајући услове раног универзума.
| Акцелератори/сударачи честица су прозори у веома рани универзум |
| „Веома рани универзум“ односи се на најранију фазу универзума (прва три минута убрзо након Великог праска) када је било изузетно вруће и универзумом је потпуно доминирало зрачење. Планкова епоха је прва епоха ере зрачења која је трајала од Великог праска до 10.-КСНУМКС с. Са температуром од 1032 К, универзум је био супер врућ у овој епохи. Планкову епоху пратиле су кваркова, лептонска и нуклеарна епоха; све су биле краткотрајне, али су их карактерисале изузетно високе температуре које су постепено опадале како се универзум ширио. Директно проучавање ове најраније фазе универзума није могуће. Оно што се може учинити јесте да се рекреирају услови ове фазе универзума у акцелераторима честица. Подаци генерисани сударима честица у акцелераторима/колајдерима пружају индиректан увид у веома рани универзум. Сударачи су веома важни истраживачки алати у физици честица. То су кружне или линеарне машине које убрзавају честице до веома великих брзина блиских брзини светлости и омогућавају им да се сударају са другом честицом која долази из супротног смера или са метом. Судари генеришу изузетно високе температуре реда величине трилиона Келвина (слично условима присутним у најранијим епохама ере зрачења). Енергије честица које се сударају се сабирају, па је енергија судара већа. Енергија судара се трансформише у материју у облику честица које су постојале у веома раном универзуму према симетрији маса-енергија. На пример, када се субатомске честице електрони сударају са својим партнерима антиматеријом, позитронима, материја и антиматерија се анихилирају и енергија се ослобађа. Различите врсте нових елементарних честица кондензују се из ослобођене енергије. Нове честице би могле бити Хигсови бозони или топ-кваркови, који су веома тешки типови субатомских градивних блокова материје. Можда и честице тамне материје и суперсиметричне честице, нешто што тек треба да се открије. Такве интеракције између честица високе енергије у условима који су постојали у веома раном универзуму пружају увид у иначе неприступачан свет тог времена, а анализа нуспроизвода судара обогаћује наше разумевање фундаменталних честица и нуди начин да разумемо владајуће законе физике. Акцелератори честица се користе као истраживачки алати за проучавање веома раног универзума. Хадронски сударачи (посебно ЦЕРН-ов Велики хадронски сударач LHC) и електрон-позитронски сударачи су у првом плану у истраживању веома раног универзума. Експерименти ATLAS и CMS на Великом хадронском сударачу (LHC) били су успешни у откривању Хигсовог бозона 2012. године. (Извор: Сударачи честица за проучавање „Веома раног универзума“: демонстриран мионски сударач) |
Велики хадронски сударач високе луминозности (HL – LHC) ЦЕРН-а ће побољшати перформансе LHC-а повећањем броја судара како би се омогућило детаљније проучавање познатих механизама. Вероватно ће бити оперативан до 2029. године.
Предложени Будући кружни сударач (FCC) био би сударач честица бољих перформанси у односу на Велики хидронски сударач. Дизајниран да истражи постојање нових, тежих честица, ван домашаја Великог хадронског сударача (LHC) и постојање лакших честица које веома слабо интерагују са честицама Стандардног модела, FCC би имао обим од око 100 км и налазио се око 200 метара испод земље близу исте локације као и LHC. Ако буде одобрен, изградња FCC-а би могла да почне 2030-их година.
FCC би се имплементирао у две фазе. Прва фаза, FCC-ee, биће електрон-позитронски колајдер за прецизна мерења. Нудиће 15-годишњи истраживачки програм од краја 2040-их. По завршетку ове фазе, друга машина, FCC-hh (висока енергија), биће пуштена у рад у истом тунелу. Циљ је достизање енергије судара од 100 TeV сударајући хадроне (протоне) и тешке јоне. FCC-hh ће бити оперативан 2070-их и радиће до краја 21. века.
Зашто је потребан FCC? Којој сврси ће служити?
Читав видљиви универзум, укључујући сву барионску обичну материју од које смо сви састављени, чини само 4.9% масеног енергетског садржаја универзума. Невидљива тамна материја чини чак 26.8% (док преосталих 68.3% масеног енергетског садржаја универзума чини тамна енергија). Није познато шта је тамна материја заправо. Стандардни модел (СМ) физике честица нема фундаменталне честице са својствима потребним да би била тамна материја. Сматра се да можда „суперсиметричне честице“ које су партнери честицама у Стандардном моделу чине тамну материју. Или можда постоји паралелни свет тамне материје. WIMP-ови (слабо интерагујуће масивне честице), аксиони или стерилни неутрини су хипотетичке честице „изван Стандардног модела“ (БСМ) које су водећи кандидати. Међутим, још увек нема успеха у детекцији таквих честица. Постоје многа друга отворена питања (као што су асиметрија материје и антиматерије, гравитација, тамна енергија, неутриномаса итд.) на која Стандардни модел не може да одговори. Такође, улога Хигсовог поља у еволуцији универзума почела је да се разматра након открића Хигсовог бозона 2012. године у експериментима ATLAS и CMS на Великом хадронском сударачу (LHC).
Могући одговори на горе наведена отворена питања леже изван Стандардног модела физике честица. Можда ће бити потребно истражити постојање нових, лакших честица које веома слабо интерагују са честицама Стандардног модела. Ово ће захтевати велику количину прикупљених података и веома високу осетљивост на сигнале производње таквих честица, што је у оквиру прве фазе FCC-а, тј. FCC-ee (прецизно мерење). Такође је императив истражити постојање нових, тежих честица које ће захтевати високоенергетске објекте. FCC-hh (висока енергија), друга фаза FCC-а, има за циљ да достигне енергије судара од 100 TeV (што је много више од 13 TeV LHC-а). Што се тиче облика електрон-позитронског (e+e-) сударача прве фазе, кружни облик је пожељнији (у односу на линеарни) јер кружни облик омогућава већу луминозност, до четири експеримента и нуди инфраструктуру за наредну другу фазу високоенергетског хадронског сударача.
***
Референце:
- ЦЕРН. Саопштење за штампу – Савет ЦЕРН-а разматра студију изводљивости за колајдер следеће генерације. 10. новембар 2025. Доступно на https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- ЦЕРН. Саопштење за штампу – ЦЕРН објављује извештај о изводљивости могућег будућег кружног сударача. 31. март 2025. Доступно на https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Студија изводљивости за будући кружни сударач је сада завршена https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Будући кружни колајдер https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: случај из физике. 27. март 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Повезани чланци:
- Сударачи честица за проучавање „Веома раног универзума“: демонстриран мионски сударач (КСНУМКС октобар КСНУМКС)
- ЦЕРН слави 70 година научног пута у физици (КСНУМКС фебруар КСНУМКС)
- Од чега смо на крају састављени? Који су основни градивни блокови универзума? (8. новембар 2021.)
***
Неки едукативни видео снимци о FCC-у:
***
 that the Standard Model cannot address, one may need to look beyond the Standard Model of particle physics and explore the possible existence of new, lighter particles that interact very weakly with Standard Model particles, as well as explore the existence of new, heavier particles beyond the reach of existing LHC facility. The proposed Future Circular Collider (FCC) would make it possible to search for the existence of such fundamental particles beyond the Standard Model.){kind=link}