Future Circular Collider - następca Wielkiego Zderzacza Hadronów

Data dodania: wtorek, 7 lipca 2020, autor: naukawpolsce.pap.pl

Do 2040 roku może powstać akcelerator ponad trzykrotnie dłuższy, niż największy na świecie akcelerator cząstek, Wielki Zderzacz Hadronów. Instrument, który kosztowałby - bagatela - 20 mld euro, pozwoliłby m.in. na badania bozonu Higgsa i ciemnej materii.

Choć Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) - największy na świecie akcelerator cząstek, znajdujący się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy - od ponad dekady, z ogromnymi sukcesami, pozwala fizykom badać naturę rzeczywistości, powstał już pomysł budowy kolejnego, dużo silniejszego urządzenia tego typu. Rada Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN zaaprobowała już jednogłośnie ideę budowy nowego akceleratora - Future Circular Collider (FCC). To nie oznacza jeszcze decyzji o tym, że urządzenie powstanie - na razie rozpocznie się analiza strony technicznej i finansowej konstrukcji takiego instrumentu. Jeśli jednak idea wejdzie w życie i CERN zdecyduje się na budowę, nowy akcelerator miałby powstać do 2040 r.

Fizycy mają na co czekać. Podczas gdy Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) ma obwód o długości 27 km, to - położony również pod Genewą, także kolisty FCC - mierzyłby aż 100 km. Energia zderzeń cząstek uzyskiwana w LHC to maksymalnie 13 TeV (teraelektronowoltów), tymczasem w FCC docelowo ma ona sięgać, uwaga - 100 TeV!

Co to oznacza? W dużym skrócie można powiedzieć, że od wielkości energii zależy, jak głęboko można zajrzeć w świat elementarnych cząstek, podstawowych oddziaływań czy natury przestrzeni. Jak mówią specjaliści z CERN, FCC mógłby „otworzyć okno do eksploracji nieznanych 95 proc. wszechświata”. Rzecz bowiem w tym, że według fizyków tylko 5 proc. tego, co składa się na wszechświat można bezpośrednio obserwować. Ten niewielki fragment rzeczywistości, czyli tzw. zwykłą materię i energię doskonale opisuje uznana od dawna, fizyczna teoria zwana modelem standardowym. Pozostają jednak dalsze pytania. Czy we wszechświecie istnieje więcej materii, niż można zobaczyć, z czego składa się ciemna materia, co stało się z antymaterią po Wielkim Wybuchu? Czy istnieją ukryte wymiary, a jeśli tak, to czy można je zbadać? Jak zachowuje się słynny bozon Higgsa, który nadaje masę innym cząstkom, wykryty przed ośmioma laty w LHC? Odpowiedzi mogą udzielić właśnie eksperymenty prowadzone w potężniejszych akceleratorach.

W tym momencie warto przypomnieć, jak działają tego rodzaju instrumenty. Otóż z pomocą silnych magnesów rozpędzają one w próżniowym tunelu różnego rodzaju cząstki, które mkną naprzeciwko siebie z niewyobrażalną prędkością - tylko po to, aby się zderzyć. W momencie kolizji, dzięki zgromadzonej energii, powstają nowe cząstki, które trafiają do odpowiednich detektorów. Fizycy są w stanie określić ich właściwości i zachowanie - np. masę, ładunek czy prędkość.

To z kolei może im wiele powiedzieć o prawach rządzących wszechświatem. To dlatego np. w CERN, już w 1957 r. powstał Synchrocyklotron, który działał przez 33 lata. W 1959 r., ośrodek ten, uruchomił kolejny instrument - Synchrotron Protonowy, a w 1976 Supersynchrotron Protonowy - pierwszy „gigantyczny” kolisty akcelerator podziemny, który w obwodzie liczył 7 km. Badano z jego pomocą np. relacje materii i antymaterii czy strukturę protonów. Urządzenie pracuje do dzisiaj, ale obecnie odpowiada za podawanie cząstek do LHC.

W 1989 r. rozpoczął pracę 27-kilometrowy akcelerator LEP (Large Electron Positron Collider), który został zamknięty w 2000 roku, by zrobić miejsce uruchomionemu w roku 2008 LHC - największemu, najpotężniejszemu akceleratorowi świata. Wspomniane już, dokonane z jego pomocą wykrycie bozonu Higgsa zaowocowało nagrodą Nobla.

Ten akcelerator, zgodnie z planami, popracuje jeszcze długo. Przed dwoma laty rozpoczęło się jego ulepszanie, w wyniku czego do 2026 roku LHC ma się przekształcić w High Luminosity LHC. Przede wszystkim kilkakrotnie ma wzrosnąć liczba kolizji między cząstkami w jednostce czasu. Przewidywany efekt jest taki, że naukowcy będą otrzymywali nawet 10 razy więcej informacji na temat badanych cząstek, niż obecnie. Ulepszony LHC ma działać do 2036 roku, po czym zastąpiłby go właśnie Future Circular Collider.

Obecnie jego szacowany koszt wynosi ok. 20 mld euro. Uzyskane dzięki niemu informacje potencjalnie są jednak bezcenne.

Nauka w Polsce - PAP, Marek Matacz