Iskanje odgovorov na odprta vprašanja (kot so, kateri temeljni delci tvorijo temno snov, zakaj materija prevladuje v vesolju in zakaj obstaja asimetrija materije in antimaterije, kaj je sila delcev za gravitacijo, temna energija, masa nevtrinov itd.), na katera Standardni model ne more odgovoriti, bo morda treba pogledati onkraj Standardnega modela in raziskati morebiten obstoj novih, lažjih delcev, ki zelo šibko interagirajo z delci Standardnega modela, pa tudi raziskati obstoj novih, težjih delcev zunaj dosega obstoječega LHC. Predlagani prihodnji krožni trkalnik (FCC) bi omogočil iskanje obstoja takšnih temeljnih delcev onkraj Standardnega modela. Svet CERN je zdaj preučil poročilo o študiji izvedljivosti FCC. Končna odločitev Sveta CERN o izgradnji FCC se pričakuje okoli leta 2028. Če bo odobren, se bo gradnja FCC lahko začela v tridesetih letih 21. stoletja. Obseg bo približno 100 km in se bo nahajal približno 200 metrov pod tlemi blizu iste lokacije kot LHC blizu Ženeve. Nasledil bo Veliki hadronski trkalnik (LHC), ki naj bi svoje delovanje končal leta 2041. FCC bo vzpostavljen v dveh fazah. Prva faza, FCC-ee, bo elektronsko-pozitronski trkalnik za natančne meritve pri iskanju lažjih delcev, ki bo od konca 2040-ih let prejšnjega stoletja dalje ponujal 15-letni raziskovalni program. Po zaključku te faze bo v istem predoru začel delovati drugi stroj, FCC-hh (visokoenergijski). Cilj druge faze je doseči energije trkov 100 TeV (veliko več kot 13 TeV LHC) za iskanje težjih delcev. Ta faza bo začela delovati v 2070-ih in bo delovala do konca 2030. stoletja.
Svet CERN-a (ki ga sestavljajo delegati iz držav članic in pridruženih držav članic CERN-a) je 6. in 7. novembra 2025 pregledal izid študije izvedljivosti za predlagani prihodnji krožni trkalnik (FCC).
CERN je pred tem v sodelovanju z institucijami v državah članicah in pridruženih državah CERN ter drugod izvedel študijo za oceno izvedljivosti prihodnjega krožnega trkalnika (FCC). Poročilo je bilo izdano 31. marca 2025, pregledali pa so ga podrejeni organi Sveta CERN. Poročilo so pregledali tudi neodvisni strokovni odbori, ki so na podlagi predložene dokumentacije ugotovili, da se FCC zdi tehnično izvedljiv.
Delegati Sveta CERN so na namenskem sestanku 6. in 7. novembra 2025 preučili poročilo o študiji izvedljivosti FCC in ugotovili, da študija izvedljivosti zagotavlja osnovo za nadaljevanje študij FCC. To je pomemben korak k morebitni odobritvi FCC s strani Sveta CERN maja 2026, ko mu bodo v obravnavo predložena vsa priporočila. Končna odločitev Sveta CERN o izgradnji FCC se pričakuje okoli leta 2028.
Future Circular Collider (FCC) je eden od predlaganih trkalnikov delcev naslednje generacije v CERN-u. Pričakuje se, da bo nasledil Veliki hadronski trkalnik (LHC), ki bo svoje delovanje končal leta 2041. CERN trenutno dela na iskanju naslednjega trkalnika, ki bo nasledil LHC, ki je trenutno CERN-ova delovna sila.
Veliki hadronski trkalnik (LHC), ki je bil zagnan leta 2008, je krožni trkalnik z obsegom 27 km, ki se nahaja 100 m pod tlemi blizu Ženeve. Trenutno je največji in najmočnejši trkalnik na svetu, ki ustvarja trke pri energiji 13 teraelektronvoltov (TeV), kar je najvišja energija, ki jo je doslej dosegel pospeševalnik. Hadrone pospešuje skoraj do svetlobne hitrosti, nato pa jih trči, pri čemer posnema pogoje zgodnjega vesolja.
| Pospeševalniki/trkalniki delcev so okna v zelo zgodnje vesolje |
| »Zelo zgodnje vesolje« se nanaša na najzgodnejšo fazo vesolja (prve tri minute kmalu po velikem poku), ko je bilo izjemno vroče in je vesolje v celoti obvladovalo sevanje. Plankova doba je prva doba sevalne dobe, ki je trajala od velikega poka do 10.-43 s. S temperaturo 1032 K, vesolje je bilo v tej epohi izjemno vroče. Planckovi epohi so sledile kvarkovska, leptonska in jedrska epoha; vse so bile kratkotrajne, vendar so jih zaznamovale izjemno visoke temperature, ki so se postopoma zniževale s širjenjem vesolja. Neposredna študija te najzgodnejše faze vesolja ni mogoča. Kar je mogoče storiti, je, da poustvarimo pogoje te faze vesolja v pospeševalnikih delcev. Podatki, ki nastanejo pri trkih delcev v pospeševalnikih/trkalnikih, ponujajo posreden vpogled v zelo zgodnje vesolje. Trkalniki so zelo pomembna raziskovalna orodja v fiziki delcev. To so krožni ali linearni stroji, ki pospešujejo delce do zelo visokih hitrosti blizu svetlobne hitrosti in jim omogočajo trčenje z drugim delcem, ki prihaja iz nasprotne smeri, ali s tarčo. Trki ustvarjajo izjemno visoke temperature, reda velikosti bilijonov Kelvinov (podobno kot v najzgodnejših obdobjih sevalne dobe). Energije trčečih delcev se seštevajo, zato je energija trka višja. Energija trka se pretvori v snov v obliki delcev, ki so obstajali v zelo zgodnjem vesolju v skladu s simetrijo mase in energije. Na primer, ko subatomski delci elektroni trčijo s svojimi partnerji antimaterije, pozitroni, se snov in antimaterija anihilirajo in sprosti se energija. Iz sproščene energije se kondenzirajo različne vrste novih elementarnih delcev. Novi delci bi lahko bili Higgsovi bozoni ali vrhunski kvarki, ki so zelo težke vrste subatomskih gradnikov snovi. Morda tudi delci temne snovi in supersimetrični delci, kar še ni bilo odkrito. Takšne interakcije med visokoenergijskimi delci v pogojih, ki so obstajali v zelo zgodnjem vesolju, odpirajo vpogled v sicer nedostopen svet tistega časa, analiza stranskih produktov trkov pa bogati naše razumevanje temeljnih delcev in ponuja način za razumevanje vladnih zakonov fizike. Pospeševalniki delcev se uporabljajo kot raziskovalna orodja za preučevanje zelo zgodnjega vesolja. Hadronski trkalniki (zlasti Veliki hadronski trkalnik LHC v CERN-u) in elektronsko-pozitronski trkalniki so v ospredju pri raziskovanju zelo zgodnjega vesolja. Poskusa ATLAS in CMS na Velikem hadronskem trkalniku (LHC) sta bila leta 2012 uspešna pri odkrivanju Higgsovega bozona. (Vir: Trkalnik delcev za študij "Zelo zgodnjega vesolja": demonstriran mionski trkalnik) |
Veliki hadronski trkalnik z visoko svetilnostjo (HL – LHC) v CERN-u bo izboljšal zmogljivost LHC-ja s povečanjem števila trkov, kar bo omogočilo podrobnejšo študijo znanih mehanizmov. Verjetno bo začel delovati do leta 2029.
Predlagani krožni trkalnik prihodnosti (FCC) bi bil v primerjavi z velikim hidronskim trkalnikom zmogljivejši trkalnik delcev. Zasnovan je bil za raziskovanje obstoja novih, težjih delcev, ki so zunaj dosega velikega hadronskega trkalnika (LHC), in obstoja lažjih delcev, ki zelo šibko interagirajo z delci standardnega modela, FCC pa bi imel obseg približno 100 km in bi se nahajal približno 200 metrov pod tlemi blizu iste lokacije kot LHC. Če bo odobren, bi se lahko gradnja FCC začela v tridesetih letih 2030. stoletja.
FCC bi bil izveden v dveh fazah. Prva faza, FCC-ee, bo elektronsko-pozitronski trkalnik za natančne meritve. Ponujal bo 15-letni raziskovalni program od konca 2040-ih let. Po zaključku te faze bi v istem predoru začel delovati drugi stroj, FCC-hh (visokoenergijski). Njegov cilj je doseči energijo trkov 100 TeV pri trčenju hadronov (protonov) in težkih ionov. FCC-hh bo začel delovati v 2070-ih letih in bo deloval do konca 21. stoletja.
Zakaj je FCC potreben? Čemu bo služil?
Celotno opazovano vesolje, vključno z vso barionsko navadno snovjo, iz katere smo vsi sestavljeni, predstavlja le 4.9 % masne energije vesolja. Nevidna temna snov predstavlja kar 26.8 % (medtem ko preostalih 68.3 % masne energije vesolja predstavlja temna energija). Ni znano, kaj temna snov v resnici je. Standardni model (SM) fizike delcev nima temeljnih delcev z lastnostmi, ki bi jih morala imeti temna snov. Domneva se, da morda "supersimetrični delci", ki so partnerji delcev v standardnem modelu, tvorijo temno snov. Ali pa morda obstaja vzporedni svet temne snovi. WIMP-i (šibko interagirajoči masivni delci), aksioni ali sterilni nevtrini so hipotetični delci "onkraj standardnega modela" (BSM), ki so vodilni kandidati. Vendar pa pri odkrivanju takšnih delcev še ni uspeha. Obstaja še veliko drugih odprtih vprašanj (kot so asimetrija snovi in antimaterije, gravitacija, temna energija, nevtrinomasa itd.), na katera standardni model ne more odgovoriti. Prav tako se je o vlogi Higgsovega polja v evoluciji vesolja začelo razpravljati po odkritju Higgsovega bozona leta 2012 v poskusih ATLAS in CMS na Velikem hadronskem trkalniku (LHC).
Možni odgovori na zgornja odprta vprašanja segajo onkraj Standardnega modela fizike delcev. Morda bo treba raziskati obstoj novih, lažjih delcev, ki zelo šibko interagirajo z delci Standardnega modela. To bo zahtevalo veliko količino zbiranja podatkov in zelo visoko občutljivost na signale nastajanja takšnih delcev, kar je v okviru prve faze FCC, in sicer FCC-ee (precizne meritve). Prav tako je nujno raziskati obstoj novih, težjih delcev, ki bodo zahtevali visokoenergijske naprave. FCC-hh (visoka energija), druga faza FCC, si prizadeva doseči energije trkov 100 TeV (kar je veliko več kot 13 TeV LHC). Kar zadeva obliko elektronsko-pozitronskega (e+e-) trkalnika prve stopnje, je bila krožna oblika prednostna (v primerjavi z linearnim), ker krožna oblika omogoča večjo svetilnost, do štiri poskuse in ponuja infrastrukturo za kasnejši visokoenergijski hadronski trkalnik druge faze.
***
Reference:
- CERN. Sporočilo za javnost – Svet CERN-a pregleda študijo izvedljivosti za trkalnik naslednje generacije. 10. november 2025. Na voljo na https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Sporočilo za javnost – CERN objavlja poročilo o izvedljivosti morebitnega prihodnjega krožnega trkalnika. 31. marec 2025. Na voljo na https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Študija izvedljivosti za prihodnji krožni trkalnik je zdaj končana https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Prihodnji krožni trkalnik https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: primer iz fizike. 27. marec 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Sorodni članki:
- CERN praznuje 70 let znanstvenega potovanja v fiziko (2 februar 2024)
- Iz česa smo končno sestavljeni? Kateri so temeljni gradniki vesolja? (8. november 2021)
***
Nekaj izobraževalnih videoposnetkov o 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}