CERN, europejskie laboratorium fizyki cząstek, które zarządza Wielkim Zderzaczem Hadronów przedstawiło propozycje jeszcze większego akceleratora cząstek: Future Circular Collider. Gigantyczna konstrukcja miałaby w przyszłości przyćmić obecne możliwości Wielkiego Zderzacza Hardonów, tym samym przesuwając granice eksperymentów fizycznych. Koszt planowanej inwestycji wyniósł 17 miliardów dolarów.
Od 2008 roku Wielki Zderzacz Hadronów zderza ze sobą cząstki wykorzystując rekordowe poziomy energii. Ukoronowaniem pracy WZH było odkrycie w 2012 roku bozonu Higgsa, potwierdzające kluczowe przewidywania fizyki cząstek elementarnych i modelu standardowego.
Po ponad dekadzie produktywnych eksperymentów naukowych, inżynierowie z CERN zapragnęli maszyny nowej generacji – aby móc odkryć jeszcze więcej tajemnic otaczającego nas świata. W tym celu chcą oni zainwestować 17 miliardów dolarów w projekt Future Circular Collider. Wydajność konstrukcji o kształcie pierścienia miałaby znacząco przekroczyć możliwości obecnie działającego Wielkiego Zderzacza Hadronów.
Future Circular Collider w liczbach
FCC będzie gigantyczną maszyną, ponad trzy razy większą niż Wielki Zderzacz Hadronów.
Jej obwód ma wynieść około 91 kilometrów (dla porównania, w przypadku WZH to zaledwie 27 kilometrów). Sama energia wykorzystywana do zderzeń będzie plasowała się na poziomie około 100 bilionów elektronowoltów.
Długość tunelu, który inżynierowie budujący FCC mają zamiar wykorzystać wyniesie prawie 100 kilometrów – łącząc się tym samym z istniejącym pierścieniem WZH, czyniąc go największym akceleratorem cząstek jaki kiedykolwiek zbudowano na naszej planecie.
Zanim jednak FCC na dobre rozpocznie swoją pracę, minie jeszcze sporo czasu. Nie tylko sam tunel stanowi ogromne wyzwanie inżynieryjne – naukowcy muszą również pomyśleć o tym, jak zaprojektować dodatkową infrastrukturę, która będzie napędzała FCC.
Oś czasu i kluczowe etapy prac
FCC pomimo hucznej zapowiedzi wciąż znajduje się we wczesnej fazie koncepcyjnej. Poznaliśmy jednak wstępny harmonogram prac.
2025: finalizacja studium wykonalności
2028: państwa członkowskie CERN podejmują decyzję o zatwierdzeniu budowy
2033: możliwe rozpoczęcie budowy
2048: rozpoczęcie pierwszego etapu operacji FCC
Około 2070: etap pracy zderzacza hadronów wraz z zderzeniami protonów
Zanim więc FCC stanie się rzeczywistością, czeka nas długa droga. Studium wykonalności z 2025 r. ugruntuje plany i koszty, ale największą przeszkodą pozostaje zapewnienie międzynarodowej współpracy i finansowania.
Rok 2070 również w tym zestawieniu wygląda bardzo abstrakcyjnie.
Cele FCC i badania naukowe
Future Circular Collider ma na celu znacząco poszerzyć naszą wiedzę w dziedzinie fizyki cząstek. Głównym zamierzeniem jest przeprowadzenie głębszych badań nad bozonem Higgsa, w tym jego masą i oddziaływaniami z innymi cząstkami. Dodatkowo, FCC ma na celu odkrycie nowych sił, które mogą wykraczać poza obecny model standardowy w fizyce. Projekt zakłada zwiększenie granicy energii do 100 TeV, co otworzy możliwości badania zupełnie nowych obszarów naukowych.
Oczekuje się, że takie badania przyczynią się do rozwoju nowych technologii i aplikacji, których obecnie nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Szczególnie interesujące wydaje się potencjalne odkrycie wskazówek dotyczących zagadnień takich jak ciemna materia, dodatkowe wymiary, asymetria antymaterii i grawitacja kwantowa. Niemniej jednak, istnieją obawy dotyczące kosztów projektu i jego wpływu na środowisko, a także na temat dywersyfikacji inwestycji naukowych.
Mimo to, zwolennicy projektu podkreślają jego znaczenie dla przyszłych postępów w badaniach na granicach energetycznych fizyki.
Przeszkody w finansowaniu
17-miliardowy koszt Future Circular Collider jest znaczącym obciążeniem finansowym. Chociaż CERN może dążyć do pozyskania dodatkowych środków, kluczowym wyzwaniem jest zapewnienie międzynarodowej współpracy i zobowiązań finansowych. Przed projektem FCC stoi kilka ważnych kamieni milowych. W 2025 roku planowane jest sfinalizowanie raportu dotyczącego projektu koncepcyjnego. Kolejny istotny moment nastąpi w 2028 roku, kiedy to 22 państwa członkowskie CERN podejmą decyzję o zatwierdzeniu projektu. Jeżeli FCC uzyska zielone światło, potencjalny przełom może nastąpić około roku 2033.
Jednakże, biorąc pod uwagę ograniczenia budżetowe i inne priorytety w dziedzinie fizyki, pojawiają się pytania dotyczące opłacalności FCC. Ostateczny los projektu leży w rękach europejskich decydentów politycznych, ale jego realizacja będzie wymagała współpracy tak naprawdę na skalę globalną.
Proponowany FCC reprezentuje następną generację zderzaczy cząstek, potencjalnie przesuwając fizykę na niezbadane terytorium. Cena 17 miliardów dolarów i ogromna skala stanowią wyzwania inżynieryjne i finansowe. Jednak kuszące możliwości naukowe sprawiają, że jest to ambitne długoterminowe przedsięwzięcie, które może się opłacić, jeśli faktycznie zostanie zrealizowane.
Jeśli projekt zostanie zatwierdzony, w latach 40. może dojść do drążenia tuneli i trwającego dziesięciolecia projektu budowlanego na terenie Szwajcarii i Francji.
źródło: CERN / fot. Unsplash.com