Jaka przyszłość akceleratora cząstek w CERN?
Główny obiekt CERN, Large Hadron Collidier (LHC), zakończy swoją misję około 2040 roku, a międzynarodowa społeczność fizyków cząstek elementarnych już pracuje nad różnymi opcjami projektowania nowego akceleratora, który zastąpi LHC. Jedną z opcji jest Future Circular Collider (FCC), który zostałby zainstalowany w tunelu o obwodzie około 90 kilometrów na głębokości od 100 do 400 metrów na terytorium Francji i Szwajcarii, przechodzącym pod Jeziorem Genewskim.
Od 5 do 9 czerwca 2023 roku w Londynie odbywała się 9. konferencja Future Circular Collider (FCC), na której spotkały się setki fizyków. Naukowcy oraz dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti przedstawili plany dotyczące CERN i przyszłego zderzacza cząstek. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, powstanie nowy obiekt o obwodzie 90 km, Future Circular Collider (FCC), który rozpocznie działalność w 2045 roku. Pięciodniowe rozmowy koncentrowały się na najnowszych osiągnięciach w zakresie FCC, który miałby zastąpić obecnie pracujący pod Genewą Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Według szacunków nowy obiekt będzie kosztował około 11 miliardów funtów i obejmie budowę 100-kilometrowego podziemnego tunelu, w którym znajdzie się zderzacz elektronowo-pozytonowy (FCC-ee).
Zwolennicy powstania nowego zderzacza mają nadzieję, że budowa rozpocznie się na początku lat 30. tego wieku i potrwa nieco ponad dekadę, a FCC-ee zostanie ukończony w 2045 roku. FCC-ee skupiłby się na stworzeniu łącznie miliona cząstek Higgsa, aby umożliwić fizykom badanie ich właściwości z dokładnością o rząd wielkości lepszą niż to, co jest obecnie możliwe dzięki LHC.
Po zakończeniu programu fizycznego dla FCC-ee, szacowanego na rok 2063, ten sam tunel mógłby zostać wykorzystany do umieszczenia w nim zderzacza proton-proton, nazwanego FCC-hh. FCC-hh, który miałby zacząć działać w latach 70. XXI wieku.
CERN na początku 2019 roku opublikował raport dotyczący projektu koncepcyjnego FCC, a w następnym roku rada CERN zatwierdziła studium wykonalności i bardziej szczegółowy kosztorys FCC. Dała również zielone światło do dalszych badań i rozwoju technologii magnesów, które będą wymagane dla takiej maszyny przy wyższych energiach.
Na konferencji w Londynie eksperci ze środowisk akademickich i przemysłowych dokonali przeglądu najnowszych postępów w zakresie FCC i wyznaczyli cele na nadchodzące lata. Dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti potwierdziła, że obecny harmonogram jest zgodny z planem. Jeśli projekt zostanie zaakceptowany, budowa FCC może rozpocząć się w 2033 roku i będzie przebiegać równolegle z pracami nad wartą 1,1 mld funtów modernizacją LHC o nazwie HL-LHC, która zwiększy jasność zderzacza 10-krotnie w stosunku do oryginalnego LHC. HL-LHC, który rozpocznie pracę w 2029 roku, ma zakończyć pracę na początku lat 40-tych XXI wieku.
Michael Benedikt i Frank Zimmermann z CERN przedstawili aktualne informacje na temat studium wykonalności, w które zaangażowane są setki fizyków ze 150 instytutów w 34 krajach. Fizycy i inżynierowie pracowali nad optymalizacją układu pierścienia, wybierając spośród około 100 różnych wariantów opierających się badaniach geologii regionu, dostępności gruntów, dostępie do dróg, a także potrzebach infrastrukturalnych, takie jak woda, elektryczność i transport. Stwierdzono, że opcją o najniższym ryzyku jest pierścień o długości 90,7 km, umożliwiający FCC posiadanie dwóch lub czterech punktów kolizji. Dostęp do tunelu został ograniczony z 12 punktów w raporcie projektu koncepcyjnego do 8 w studium wykonalności. W lutym tego roku inżynierowie rozpoczęli badania środowiskowe i przygotowanie badań geologicznych w oparciu o ten projekt.
Oczekuje się, że śródokresowy przegląd studium wykonalności zostanie zakończony jeszcze w tym roku, a w lutym 2024 roku rada CERN odbędzie specjalne posiedzenie w celu przeanalizowania postępów w badaniach, a także zaktualizowanego kosztorysu obiektu. Zakłada się, że studium wykonalności FCC zostanie ukończone w 2025 roku, a CERN może zatwierdzić projekt trzy lata później. Ostateczna decyzja będzie jednak zależeć od wyniku aktualizacji Europejskiej Strategii Fizyki Cząstek w 2026 roku.
Opracowano na podstawie:
CERN physicists meet in London to plot future collider plans
Feasibility Study for a possible Future Circular Collider (FCC) gets under way on the ground
The FCC Week 2023
