CERN przedstawiło kolejne szczegóły planu budowy następcy Wielkiego Zderzacza Hadronów. Nowy akcelerator cząstek o nazwie Future Circular Collider ma być trzykrotnie dłuższy i mieć znacznie większe możliwości badań. Koszty budowy maszyny oscylują w okolicach 20 miliardów euro.
Koncepcje budowy potężniejszego akceleratora cząstek od Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider - LHC) nie są nowe. W 2017 roku w Berlinie fizycy dyskutowali o przyszłości fizyki cząstek elementarnych, poruszając przy okazji temat budowy następcy LHC. Dwa lata później pojawiły się pierwsze projekty Future Circular Collider (FCC). Ale potrzeba budowy nowego, potężniejszego akceleratora cząstek nie wynika z tego, że LHC działa niepoprawnie. Prace nad nowym akceleratorem podyktowane są nowymi doświadczeniami, których nie da się zwyczajnie przeprowadzić w LHC.
Prowadzony przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN) LHC jest największą maszyną na świecie. Zderza się w nim rozpędzone do prędkości bliskich prędkości światła cząsteczki, aby uwolnić ekstremalne poziomy energii, starając się ujawnić nieuchwytne elementy budowy Wszechświata.
LHC ma ogromne znaczenie dla naukowców. To w nim potwierdzono w 2012 roku istnienie bozonu Higgsa. Ale odkrycie „boskiej cząstki”, jak często określany jest bozon Higgsa, dostarczyło więcej pytań niż odpowiedzi. Naukowcy uważają, że nowy akcelerator może pomóc na nie odpowiedzieć oraz dostarczyć potrzebną infrastrukturę, by dokonać kolejnych odkryć. Dzięki niemu być może uda się zobaczyć ukryte cząstki. To z kolei może pomóc badaczom głębiej zrozumieć prawa natury.
LHC leży na granicy francusko-szwajcarskiej, w pobliżu Genewy. Tunel w kształcie torusa w LHC ma 27 kilometrów długości i znajduje się pod ziemią, na głębokości od 50 do 175 metrów. Energia zderzeń LHC wynosi 14 teraelektronowoltów (TeV).
Następca LHC ma być znacznie większy. Tunel, w którym będą rozpędzane cząstki, ma mieć ponad 90 kilometrów długości i znajdować się około 200 metrów pod ziemią. Plan zakłada jego budowę w pobliżu LHC. Energia zderzeń w nowym akceleratorze miała by osiągać wartości rzędu 100 TeV. Maszyna ta umożliwiłaby badaczom szczegółowe zbadanie bozonu Higgsa, ale nie tylko.
- To narzędzie, które pozwoli ludzkości poczynić ogromne postępy w udzielaniu odpowiedzi na pytania z zakresu fizyki podstawowej, dotyczące naszej wiedzy o Wszechświecie. Aby to zrobić, potrzebujemy potężniejszego instrumentu, który mógłby odpowiedzieć na te pytania – powiedziała dyrektor generalna CERN, prof. Fabiola Gianotti.
Propozycja ma jednak swoich przeciwników. Głownie ze względu na koszty budowy, które oscylują wokół kwoty 20 miliardów euro. Ale według planów, to koszty związane jedynie z pierwszym etapem budowy. Sir David King, były główny doradca naukowy brytyjskiego rządu, powiedział BBC, że wydawanie miliardów na tę maszynę byłoby „lekkomyślnością”, gdy świat stoi w obliczu tak poważnych zagrożeń wynikających z kryzysu klimatycznego.
Spora część tej kwoty ma zostać pokryta z budżetu CERN, ale mimo to projekt nadal będzie wymagał ogromnego wkładu finansowego ze strony krajów członkowskich i stowarzyszonych.
Kilka dni temu CERN opublikowało więcej szczegółów na temat swoich planów dotyczących nowego akceleratora cząstek. Jeśli projekt zostanie zatwierdzony, FCC zacznie zderzać pierwsze cząstki około połowy tego stulecia, a zderzenia o najwyższej energii będą dostępne około 2070 roku.
Potężniejsza od LHC maszyna umożliwiłaby naukowcom dalsze przesuwanie granic. Uczeni mówią o odkryciach nieznanych dotąd cząstek – cegiełek budulcowych materii, których istnienie przewidziano teoretycznie, tak jak bozonu Higgsa. Mówią też o ustaleniu prawdziwej natury ciemnej materii oraz ciemnej energii. Kolejną niewiadomą jest to, dlaczego we Wszechświecie jest tak mało antymaterii w porównaniu z materią. Fizycy mają nadzieję, że FCC mógłby rzucić więcej światła na te zagadki.
- Naszym celem jest badanie właściwości materii w najmniejszej skali i najwyższej energii – powiedziała Gianotti, omawiając raport, w którym przedstawiono pierwsze ustalenia studium wykonalności FCC, które ma zostać ukończone do 2025 r. Decyzja o budowie ma zostać podjęta przez państwa członkowskie CERN do 2028 roku. Jeśli projekt dostanie zielone światło, budowa rozpocznie się w 2033 roku i ma potrwać około 20 lat. Jako pierwszy ma rozpocząć pracę zderzacz elektronów i pozytonów. Około 2070 roku w FCC można by już zderzać protony z protonami.
Pierwsza faza badań, która skupiała się na określeniu, gdzie i jak można by zbudować taką maszynę, nie ujawniła „żadnych technicznych ani naukowych przeszkód”, uniemożliwiających jej budowę.
Źródło: CERN, Nature, BBC, fot. Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0/ Maximilien-brice/Cern
