CERN, Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning, ønsker at bygge en partikelcollider, der dværgger den store Hadron Collider (LHC). LHC har gjort vigtige opdagelser, og planlagte opgraderinger af dens magt sikrer, at det fortsat vil arbejde på fysiske problemer fremover. Men til sidst vil det ikke være nok til at låse fysikens hemmeligheder op. Til sidst har vi brug for noget større og mere kraftfuldt.
Gå ind i Future Circular Collider (FCC.) FCC vil overskride LHC med magt i en størrelsesorden. Den 15. januar frigav FCC-samarbejdet sin Conceptual Design Report (CDR), der indeholder mulighederne for CERNs Future Circular Collider.
FCC er en del af CERNs køreplan for deres fremtid. I 2014 begyndte CERN at studere FCC-konceptet som forberedelse til livet efter LHC. LHC kommer ikke nogen steder snart, faktisk bliver den opgraderet lige nu. Men der er en grænse for, hvad det kan gøre, og en grænse for, hvor kraftfuld det kan være. Til sidst kræver det en efterfølger.
“FCC ville tilvejebringe elektron-positron, proton-proton og ion-ion-kollisioner med hidtil uset energi og intensitet…”
CERN Pressemeddelelse, 15. januar 2019.
Lige nu handler denne rapport om strategi og proces. I henhold til en CERN-pressemeddelelse skal Europa "være i stand til at foreslå et ambitiøst post-LHC-acceleratorprojekt på CERN på tidspunktet for den næste strategiopdatering". Det siger også, "FCC ville give elektronpositron-, proton-proton- og ion-ion-kollisioner med enestående energier og intensiteter med mulighed for elektron-proton- og elektron-ion-kollisioner."
”FCC's konceptuelle designrapport er en bemærkelsesværdig bedrift. Det viser FCCs enorme potentiale til at forbedre vores viden om grundlæggende fysik og til at fremme mange teknologier med en bred indflydelse på samfundet ”, sagde CERNs generaldirektør Fabiola Gianotti. ”Mens den præsenterer nye, skræmmende udfordringer, ville FCC i høj grad drage fordel af CERNs ekspertise, acceleratorkompleks og infrastrukturer, der er udviklet i mere end et halvt århundrede.”
Meddelelsen fokuserer på opdagelsen af Higgs-Boson på LHC. Det var en bemærkelsesværdig opdagelse, og en, der længe var forudsagt af teori. Men der er meget, vi stadig ikke ved om Higgs-Boson, og at forstå det vil kræve en mere kraftfuld partikelcollider end LHC. Fysikere mener, at Higgs-Boson kunne åbne en helt ny dør til fysik, men for at åbne denne dør kræves en mere kraftfuld partikelcollider.
FCC-protoncollideren ville bruge nye generationers superledende magneter og ville give en masse nye muligheder for at studere fysik. Det er designet til at fungere ved energier på 100 TeV og højere, hvilket betyder, at det ville tillade undersøgelse af Higgs-partikler, der interagerer med hinanden med ekstrem præcision.
Den nye partikelcollider vil også bruge sin magt til at undersøge mørk stof, til at prøve at forstå forekomsten af stof i forhold til antistof og til at forsøge at forklare neutrino-masser.
Det kunne endda finde nye massive partikler og ville tillade grundig udforskning af rollen som elektro-fælgens symmetri, der bryder i historien om vores univers. FCC ville også kollidere tunge ioner og opretholde et rigt tungion-fysikprogram til at studere materiens tilstand i det tidlige univers.
Hvis bygget, ville FCC være på samme sted som LHC, Genèvebassinet. Den nye partikelcollider ville være mellem 80 og 100 km (50 til 62 miles) i diameter.
”FCC's ultimative mål er at levere en 100 kilometer superledende protonacceleratorring med en energi på op til 100 TeV, hvilket betyder en størrelsesorden stærkere end LHC”, sagde CERN-direktør for acceleratorer og teknologi, Frédérick Bordry. ”FCC-tidslinjen forudser at starte med en elektron-positron-maskine, ligesom LEP forud for LHC. Dette ville gøre det muligt for et rigt program at komme partikelfysikernes samfund til gode gennem det 21ogste århundrede. ”
”Protoncolliders har været det valgte værktøj i generationer for at vove ny fysik i mindste skala. En stor protoncollider ville præsentere et spring fremad i denne efterforskning og beslutte at udvide fysikprogrammet ud over resultater, der er leveret af LHC og en mulig elektron-positron-collider. ” sagde CERN-direktør for forskning og computere, Eckhard Elsen.
Den nye partikelcollider ville være et massivt ingeniørprojekt. De forventede omkostninger ligger i intervallet 9 milliarder euro for en 100 km tunnel. Hvis alt går efter planen, ville det begynde sit fysikprogram i 2040 lige ved afslutningen af High-Luminosity LHC. Til at begynde med ville partikelcollideren fungere som en elektron-positron collider og tjene fysikfællesskabet i 15 til 20 år. Derefter ville den blive omdannet til en superledende protonmaskine ved hjælp af den samme tunnel i slutningen af 2050'erne. Det vil koste yderligere 15 milliarder euro.
Når den nye partikelcollider bygges, bliver den verdenscentret for partikelfysikforskning, på samme måde som LHC har. Det vil være en drivkraft for innovation inden for teknik, teknologi, videnskab og industri. Det vil også træne den næste generation af fysikere og forskere.
Kilder:
- Pressemeddelelse: Internationalt samarbejde offentliggør konceptdesign for en fremtidig cirkulær collider efter LHC hos CERN
- CERN: High-Luminosity LHC
- CERN: Future Circular Collider Study
