Meklējot atbildes uz neatrisinātiem jautājumiem (piemēram, kuras fundamentālas daļiņas veido tumšo matēriju, kāpēc matērija dominē Visumā un kāpēc pastāv matērijas-antimatērijas asimetrija, kas ir spēka daļiņa gravitācijai, tumšajai enerģijai, neitrīno masai utt.), uz kuriem standarta modelis nevar atbildēt, iespējams, būs jāskatās ārpus standarta modeļa un jāizpēta jaunu, vieglāku daļiņu iespējama esamība, kas ļoti vāji mijiedarbojas ar standarta modeļa daļiņām, kā arī jāizpēta jaunu, smagāku daļiņu esamība ārpus esošā LHC iekārtas darbības rādiusa. Ierosinātais nākotnes apļveida paātrinātājs (FCC) ļautu meklēt šādu fundamentālu daļiņu esamību ārpus standarta modeļa. CERN padome tagad ir izskatījusi FCC priekšizpētes ziņojumu. CERN padomes galīgais lēmums par FCC būvniecību ir gaidāms ap 2028. gadu. Ja tas tiks apstiprināts, FCC būvniecība varētu sākties 2030. gados. Tā atradīsies aptuveni 100 km apkārtmērā, aptuveni 200 metrus zem zemes netālu no tās pašas vietas, kur atrodas LHC netālu no Ženēvas. Tas aizstās Lielo hadronu paātrinātāju (LHC), kura darbība beigsies 2041. gadā. FCC tiks ieviests divos posmos. Pirmais posms, FCC-ee, būs elektronu-pozitronu paātrinātājs precīziem mērījumiem vieglāku daļiņu meklēšanā, kas piedāvās 15 gadu pētniecības programmu no 2040. gadu beigām. Pēc šī posma pabeigšanas tajā pašā tunelī tiks nodota ekspluatācijā otra iekārta, FCC-hh (augstas enerģijas). Otrā posma mērķis ir sasniegt 100 TeV sadursmes enerģiju (daudz augstāka nekā LHC 13 TeV), lai meklētu smagākas daļiņas. Šis posms sāks darboties 2070. gados un darbosies līdz 21. gadsimta beigām.
2025. gada 6. un 7. novembrī CERN padome (kurā bija CERN dalībvalstu un asociēto dalībvalstu delegāti) pārskatīja ierosinātā nākotnes apļveida paātrinātāja (FCC) priekšizpētes rezultātus.
Iepriekš CERN sadarbībā ar iestādēm CERN dalībvalstīs un asociētajās dalībvalstīs, kā arī ārpus tām veica pētījumu, lai novērtētu nākotnes apļveida paātrinātāja (FCC) iespējamību. Ziņojums tika publicēts 2025. gada 31. martā, un to pārskatīja CERN Padomes pakļautības iestādes. Ziņojumu pārskatīja arī neatkarīgās ekspertu komitejas, kas norādīja, ka, pamatojoties uz iesniegto dokumentāciju, FCC šķiet tehniski iespējams.
CERN Padomes delegāti 2025. gada 6. un 7. novembrī īpašā sanāksmē ir izskatījuši FCC priekšizpētes ziņojumu un secinājuši, ka priekšizpēte nodrošina pamatu FCC pētījumu turpināšanai. Šis ir svarīgs solis ceļā uz iespējamu FCC apstiprināšanu CERN Padomē 2026. gada maijā, kad visi ieteikumi tiks iesniegti izskatīšanai. CERN Padomes galīgais lēmums par FCC būvniecību ir gaidāms ap 2028. gadu.
Nākotnes apļveida paātrinātājs (FCC) ir viens no CERN ierosinātajiem nākamās paaudzes daļiņu paātrinātājiem. Paredzams, ka tas aizstās Lielo hadronu paātrinātāju (LHC), kura darbība beigsies 2041. gadā. CERN pašlaik strādā pie nākamā paātrinātāja identificēšanas, kas aizstātu LHC, kas ir CERN pašreizējais darba zirgs.
Lielais hadronu paātrinātājs (LHC), kas tika nodots ekspluatācijā 2008. gadā, ir apļveida paātrinātājs, kura apkārtmērs ir 27 km un kas atrodas 100 m zem zemes netālu no Ženēvas. Pašlaik tas ir lielākais un jaudīgākais paātrinātājs pasaulē, kas rada sadursmes ar 13 teraelektronvoltu (TeV) enerģiju, kas ir augstākā enerģija, ko līdz šim ir sasniedzis paātrinātājs. Tas paātrina hadronus līdz gandrīz gaismas ātrumam un pēc tam tos sadur, atdarinot agrīnā Visuma apstākļus.
| Daļiņu paātrinātāji/sadursmes ir logi uz ļoti agrīnu Visumu |
| “Ļoti agrs Visums” attiecas uz Visuma agrāko fāzi (pirmās trīs minūtes drīz pēc Lielā sprādziena), kad tas bija ārkārtīgi karsts un Visumu pilnībā dominēja starojums. Planka laikmets ir pirmais starojuma ēras laikmets, kas ilga no Lielā sprādziena līdz 10.-43 s. Ar temperatūru 1032 K, šajā laikmetā Visums bija ļoti karsts. Planka laikmetam sekoja kvarku, leptonu un kodolu laikmeti; visi bija īslaicīgi, bet tiem bija raksturīga ārkārtīgi augsta temperatūra, kas pakāpeniski pazeminājās, Visumam izplešoties. Tieša Visuma agrīnākās fāzes izpēte nav iespējama. Var tikai atjaunot šīs Visuma fāzes apstākļus daļiņu paātrinātājos. Dati, kas iegūti no daļiņu sadursmēm paātrinātājos/kolaideros, sniedz netiešu ieskatu ļoti agrīnajā Visumā. Sadursmes ir ļoti svarīgi pētniecības instrumenti daļiņu fizikā. Tās ir apļveida vai lineāras mašīnas, kas paātrina daļiņas līdz ļoti lielam ātrumam, tuvu gaismas ātrumam, un ļauj tām sadurties ar citu daļiņu, kas nāk no pretējā virziena, vai ar mērķi. Sadursmes rada ārkārtīgi augstu temperatūru triljonu kelvinu skalā (līdzīgi kā agrākajos radiācijas laikmetos). Sadursmju daļiņu enerģijas tiek summētas, tāpēc sadursmes enerģija ir augstāka. Sadursmes enerģija tiek pārveidota matērijā daļiņu veidā, kas pastāvēja ļoti agrīnajā Visumā saskaņā ar masas-enerģijas simetriju. Piemēram, kad subatomiskās daļiņas elektroni saduras ar saviem antimatērijas partneriem – pozitroniem –, matērija un antimatērija anihilē un atbrīvojas enerģija. No atbrīvotās enerģijas kondensējas dažādi jaunu elementārdaļiņu veidi. Jaunās daļiņas varētu būt Higsa bozoni vai augšējie kvarki, kas ir ļoti smagi subatomisko matērijas pamatelementu veidi. Varbūt arī tumšās matērijas daļiņas un supersimetriskās daļiņas, kas vēl ir jāatklāj. Šāda mijiedarbība starp augstas enerģijas daļiņām apstākļos, kādi pastāvēja ļoti agrīnajā Visumā, paver logu uz tā laika citādi nepieejamo pasauli, un sadursmju blakusproduktu analīze bagātina mūsu izpratni par fundamentālajām daļiņām un piedāvā veidu, kā izprast fizikas valdošos likumus. Daļiņu paātrinātāji tiek izmantoti kā pētniecības instrumenti ļoti agrīna Visuma pētīšanai. Hadronu paātrinātāji (īpaši CERN Lielais hadronu paātrinātājs LHC) un elektronu-pozitronu paātrinātāji ir ļoti agrīna Visuma izpētes priekšplānā. ATLAS un CMS eksperimenti Lielajā hadronu paātrinātājā (LHC) 2012. gadā veiksmīgi atklāja Higsa bozonu. (Avots: Daļiņu paātrinātāji, lai pētītu “ļoti agrīnu Visumu”: demonstrēts muona paātrinātājs) |
CERN augstas gaismas lielais hadronu paātrinātājs (HL – LHC) uzlabos LHC veiktspēju, palielinot sadursmju skaitu, lai varētu detalizētāk pētīt zināmos mehānismus. Visticamāk, tas sāks darboties līdz 2029. gadam.
Ierosinātais Nākotnes apļveida paātrinātājs (FCC) būtu augstākas veiktspējas daļiņu paātrinātājs salīdzinājumā ar Lielo hidronu paātrinātāju. Tas ir paredzēts, lai izpētītu jaunu, smagāku daļiņu esamību ārpus Lielā hadronu paātrinātāja (LHC) darbības rādiusa, kā arī vieglāku daļiņu esamību, kas ļoti vāji mijiedarbojas ar standarta modeļa daļiņām. FCC atrastos aptuveni 100 km apkārtmērā, aptuveni 200 metrus zem zemes netālu no tās pašas vietas, kur LHC. Ja tas tiks apstiprināts, FCC būvniecība varētu sākties 2030. gados.
FCC tiktu ieviesta divos posmos. Pirmais posms, FCC-ee, būs elektronu-pozitronu paātrinātājs precīziem mērījumiem. Tas piedāvās 15 gadu pētniecības programmu, sākot no 2040. gadu beigām. Pēc šī posma pabeigšanas tajā pašā tunelī tiks nodota ekspluatācijā otrā iekārta, FCC-hh (augstas enerģijas). Tās mērķis ir sasniegt 100 TeV sadursmes enerģiju, saduroties ar hadroniem (protoniem) un smagajiem joniem. FCC-hh sāks darboties 2070. gados un darbosies līdz 21. gadsimta beigām.
Kāpēc ir nepieciešama FCC? Kādam mērķim tā kalpos?
Viss novērojamais Visums, ieskaitot visu barionisko parasto matēriju, no kuras mēs visi sastāvam, veido tikai 4.9% no Visuma masas enerģijas satura. Neredzamā tumšā matērija veido pat 26.8% (savukārt atlikušie 68.3% no Visuma masas enerģijas satura ir tumšā enerģija). Nav zināms, kas īsti ir tumšā matērija. Daļiņu fizikas standarta modelī (SM) nav fundamentālu daļiņu ar īpašībām, kas nepieciešamas, lai tā būtu tumšā matērija. Tiek uzskatīts, ka, iespējams, tumšo matēriju veido "supersimetriskas daļiņas", kas ir daļiņu partneri standarta modelī. Vai varbūt pastāv paralēla tumšās matērijas pasaule. WIMPs (vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas), aksioni vai sterili neitrīno ir hipotētiskas daļiņas "ārpus standarta modeļa" (BSM), kas ir galvenie kandidāti. Tomēr šādu daļiņu noteikšanā pagaidām nav panākumu. Ir daudz citu atklātu jautājumu (piemēram, matērijas-antimatērijas asimetrija, gravitācija, tumšā enerģija, neitrīno utt.), uz kuriem standarta modelis nevar atbildēt. Pēc Higsa bozona atklāšanas 2012. gadā, veicot ATLAS un CMS eksperimentus Lielajā hadronu paātrinātājā (LHC), tika sāktas diskusijas par Higsa lauka lomu Visuma evolūcijā.
Iespējamās atbildes uz iepriekš minētajiem atklātajiem jautājumiem sniedzas ārpus daļiņu fizikas standarta modeļa. Iespējams, būs jāizpēta jaunu, vieglāku daļiņu esamība, kas ļoti vāji mijiedarbojas ar standarta modeļa daļiņām. Tas prasīs lielu datu apjomu un ļoti augstu jutību pret šādu daļiņu veidošanās signāliem, kas ietilpst FCC pirmā posma, proti, FCC-ee (precīzas mērīšanas), darbības jomā. Ir arī obligāti jāizpēta jaunu, smagāku daļiņu esamība, kam būs nepieciešamas augstas enerģijas iekārtas. FCC-hh (augstas enerģijas), FCC otrā posma, mērķis ir sasniegt 100 TeV sadursmju enerģiju (kas ir daudz augstāka nekā LHC 13 TeV). Runājot par pirmā posma elektronu-pozitronu (e+e-) paātrinātāja formu, priekšroka tiek dota apļveida formai (vis-a-vis linear), jo apļveida forma nodrošina lielāku spožumu, līdz pat četriem eksperimentiem un piedāvā infrastruktūru nākamajam otrās fāzes augstas enerģijas hadronu paātrinātājam.
***
Norādes:
- CERN. Paziņojums presei – CERN padome pārskata nākamās paaudzes paātrinātāja priekšizpēti. 2025. gada 10. novembris. Pieejams vietnē https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Paziņojums presei – CERN publicē ziņojumu par iespējamā nākotnes apļveida paātrinātāja iespējamību. 2025. gada 31. marts. Pieejams vietnē https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Nākotnes apļveida paātrinātāja priekšizpēte ir pabeigta. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Nākotnes cirkulārais paātrinātājs https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: fizikas gadījums. 2024. gada 27. marts. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Līdzīgi raksti:
- Daļiņu paātrinātāji, lai pētītu “ļoti agrīnu Visumu”: demonstrēts muona paātrinātājs (31 oktobris 2024)
- CERN atzīmē 70. gadu zinātniskajam ceļojumam fizikā (2 februāris 2024)
- No kā mēs galu galā sastāvam? Kādi ir Visuma pamatelementi? (2021. gada 8. novembris)
***
Daži izglītojoši video par FCC:
***
 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}