Căutarea răspunsurilor la întrebările deschise (cum ar fi, ce particule fundamentale alcătuiesc materia întunecată, de ce materia domină universul și de ce există o asimetrie materie-antimaterie, ce este particula de forță pentru gravitație, energia întunecată, masa neutrinilor etc.) pe care Modelul Standard nu le poate aborda, ar putea fi nevoie să privim dincolo de Modelul Standard și să explorăm posibila existență a unor particule noi, mai ușoare, care interacționează foarte slab cu particulele Modelului Standard, precum și să explorăm existența unor particule noi, mai grele, dincolo de raza de acțiune a instalației LHC existente. Propusul Viitor Accelerator Circular (FCC) ar face posibilă căutarea existenței unor astfel de particule fundamentale dincolo de Modelul Standard. Consiliul CERN a examinat acum raportul Studiului de Fezabilitate FCC. O decizie finală privind construcția FCC de către Consiliul CERN este așteptată în jurul anului 2028. Dacă va fi aprobată, construcția FCC ar putea începe în anii 2030. Va avea o circumferință de aproximativ 100 km, situată la aproximativ 200 de metri sub pământ, în apropierea aceleiași locații ca LHC, lângă Geneva. Acesta va succeda acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC), care urmează să își încheie activitatea în 2041. FCC va fi implementat în două etape. Prima etapă, FCC-ee, va fi un accelerator de particule electron-pozitron pentru măsurători de precizie în căutarea particulelor mai ușoare, care va oferi un program de cercetare de 15 ani, începând cu sfârșitul anilor 2040. La finalizarea acestei etape, o a doua mașină, FCC-hh (energie înaltă), va fi pusă în funcțiune în același tunel. A doua etapă își propune să atingă energii de coliziune de 100 TeV (mult mai mari decât cei 13 TeV ai LHC) pentru căutarea particulelor mai grele. Această etapă va fi operațională în anii 2070 și va funcționa până la sfârșitul secolului XXI.
În perioada 6-7 noiembrie 2025, Consiliul CERN (compus din delegați ai statelor membre și membre asociate ale CERN) a analizat rezultatul Studiului de fezabilitate pentru viitorul accelerator circular (FCC) propus.
Anterior, CERN a realizat un studiu pentru a evalua fezabilitatea unui viitor accelerator circular (FCC) în colaborare cu instituții din statele membre și membre asociate ale CERN și din afara acestora. Raportul a fost publicat la 31 martie 2025 și a fost revizuit de organismele subordonate ale Consiliului CERN. Raportul a fost, de asemenea, revizuit de comitetele de experți independenți, care au declarat că FCC pare fezabil din punct de vedere tehnic pe baza documentației prezentate.
Delegații Consiliului CERN au examinat raportul Studiului de Fezabilitate FCC în perioada 6-7 noiembrie 2025, într-o reuniune dedicată, și au concluzionat că Studiul de Fezabilitate oferă baza pentru continuarea studiilor FCC. Acesta este un pas important către o posibilă aprobare a FCC de către Consiliul CERN în mai 2026, când toate recomandările vor fi prezentate spre examinare. O decizie finală privind construcția FCC de către Consiliul CERN este așteptată în jurul anului 2028.
Future Circular Collider (FCC) este unul dintre acceleratoarele de particule de generație următoare propuse la CERN. Se așteaptă să succeadă Large Hadron Collider (LHC), care își va ajunge la sfârșitul funcționării în 2041. CERN lucrează în prezent la identificarea următorului accelerator care va succeda LHC-ului, care este în prezent elementul de bază al CERN.
Pus în funcțiune în 2008, acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) este un accelerator circular cu o circumferință de 27 km și este situat la 100 m sub pământ, lângă Geneva. În prezent, este cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume, care generează coliziuni la o energie de 13 teraelectronvolți (TeV), aceasta fiind cea mai mare energie atinsă de un accelerator până în prezent. Acesta accelerează hadronii aproape de viteza luminii, apoi îi ciocnește imitând condițiile universului timpuriu.
| Acceleratoarele/colizoarele de particule sunt ferestre către Universul Foarte Timpuriu |
| „Universul foarte timpuriu” se referă la cea mai timpurie fază a universului (primele trei minute imediat după Big Bang), când era extrem de fierbinte și universul era complet dominat de radiații. Epoca Plank este prima epocă a erei radiațiilor, care a durat de la Big Bang până la 10-43 s. Cu o temperatură de 1032 K, universul era superfierbinte în această epocă. Epoca Planck a fost urmată de epocile Quark, Lepton și Nuclear; toate au fost de scurtă durată, dar s-au caracterizat prin temperaturi extrem de ridicate, care s-au redus treptat pe măsură ce universul s-a extins. Studiul direct al acestei faze timpurii a universului nu este posibil. Ceea ce se poate face este recrearea condițiilor acestei faze a universului în acceleratoarele de particule. Datele generate de coliziunile particulelor în acceleratoare/colizoare oferă o fereastră indirectă către universul foarte timpuriu. Coliziotoarele de particule sunt instrumente de cercetare foarte importante în fizica particulelor. Acestea sunt mașini circulare sau liniare care accelerează particulele la viteze foarte mari, apropiate de viteza luminii, și le permit să se ciocnească de o altă particulă care vine din direcția opusă sau de o țintă. Coliziunile generează temperaturi extrem de ridicate, de ordinul trilioanelor de grade Kelvin (similare cu condițiile prezente în primele epoci ale erei radiațiilor). Energiile particulelor care se ciocnesc se adună, prin urmare, energia de coliziune este mai mare. Energia de coliziune este transformată în materie sub formă de particule care existau în universul timpuriu, conform simetriei masă-energie. De exemplu, atunci când electronii particulelor subatomice se ciocnesc cu partenerii lor de antimaterie, pozitronii, materia și antimateria se anihilează și se eliberează energie. Diverse tipuri de particule elementare noi se condensează din energia eliberată. Noile particule ar putea fi bosonii Higgs sau quarcii top, care sunt tipuri foarte grele de elemente constitutive subatomice ale materiei. Poate, de asemenea, particule de materie întunecată și particule supersimetrice, ceva ce încă nu a fost descoperit. Astfel de interacțiuni dintre particulele de înaltă energie, în condițiile care existau în universul foarte timpuriu, oferă perspective către lumea altfel inaccesibilă din acea vreme, iar analiza produselor secundare ale coliziunilor îmbogățește înțelegerea noastră asupra particulelor fundamentale și oferă o modalitate de a înțelege legile care guvernează fizica. Acceleratoarele de particule sunt utilizate ca instrumente de cercetare pentru studiul universului foarte timpuriu. Acceleratoarele de hadroni (în special acceleratorul de particule LHC al CERN) și acceleratoarele de particule electron-pozitron sunt în prim-planul explorării universului foarte timpuriu. Experimentele ATLAS și CMS de la acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) au avut succes în descoperirea bosonului Higgs în 2012. (Sursa: Ciocnitori de particule pentru studiul „Universului foarte timpuriu”: Ciocnitorul de muoni a fost demonstrat) |
Acceleratorul de particule Large Hadron Collider (HL-LHC) de înaltă luminozitate al CERN va spori performanța LHC prin creșterea numărului de coliziuni, pentru a permite studierea mai detaliată a mecanismelor cunoscute. Se preconizează că va fi operațional până în 2029.
Propusul accelerator circular de particule (FCC) ar fi un accelerator de particule cu performanțe mai mari decât acceleratorul de particule Large Hydron Collider. Conceput pentru a explora existența unor particule noi, mai grele, dincolo de raza de acțiune a acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC) și existența unor particule mai ușoare care interacționează foarte slab cu particulele Modelului Standard, FCC ar avea o circumferință de aproximativ 100 km, situat la aproximativ 200 de metri sub pământ, în apropierea aceleiași locații ca LHC. Dacă va fi aprobat, construcția FCC ar putea începe în anii 2030.
FCC va fi implementat în două etape. Prima etapă, FCC-ee, va fi un accelerator de particule electron-pozitron pentru măsurători de precizie. Acesta va oferi un program de cercetare de 15 ani, începând cu sfârșitul anilor 2040. La finalizarea acestei etape, o a doua mașină, FCC-hh (energie înaltă), va fi pusă în funcțiune în același tunel. Aceasta își propune să atingă energii de coliziune de 100 TeV între hadroni (protoni) și ioni grei. FCC-hh va fi operațional în anii 2070 și va funcționa până la sfârșitul secolului XXI.
De ce este nevoie de FCC? Ce scop va avea?
Întregul univers observabil, inclusiv toată materia barionică obișnuită din care suntem cu toții alcătuiți, reprezintă doar 4.9% din conținutul de energie masic al universului. Materia întunecată invizibilă constituie până la 26.8% (în timp ce restul de 68.3% din conținutul de energie masic al universului este energie întunecată). Nu se știe ce este cu adevărat materia întunecată. Modelul Standard (SM) al fizicii particulelor nu are particule fundamentale cu proprietățile necesare pentru a fi materie întunecată. Se crede că poate „particulele supersimetrice” care sunt partenere particulelor din Modelul Standard formează materia întunecată. Sau poate există o lume paralelă a materiei întunecate. WIMP-urile (Weakly Interacting Massive Particles), axionii sau neutrinii sterili sunt particule ipotetice „Dincolo de Modelul Standard” (BSM) care sunt candidați principali. Cu toate acestea, nu s-a reușit încă detectarea unor astfel de particule. Există multe alte întrebări deschise (cum ar fi asimetria materie-antimaterie, gravitația, energia întunecată, neutrinomasa etc.) la care Modelul Standard nu poate răspunde. De asemenea, rolul câmpului Higgs în evoluția universului a început să fie dezbătut după descoperirea bosonului Higgs în 2012 de către experimentele ATLAS și CMS de la Large Hadron Collider (LHC).
Posibilele răspunsuri la întrebările deschise de mai sus se află dincolo de Modelul Standard al fizicii particulelor. Ar putea fi nevoie să se exploreze existența unor particule noi, mai ușoare, care interacționează foarte slab cu particulele Modelului Standard. Acest lucru va necesita colectarea unei cantități mari de date și o sensibilitate foarte mare la semnalele de producere a unor astfel de particule, ceea ce se află în domeniul de aplicare al primei etape a FCC, și anume FCC-ee (măsurare de precizie). De asemenea, este imperativ să se exploreze existența unor particule noi, mai grele, care vor necesita facilități de înaltă energie. FCC-hh (energie înaltă), a doua etapă a FCC, își propune să atingă energii de coliziune de 100 TeV (ceea ce este mult mai mare decât cei 13 TeV ai LHC). În ceea ce privește forma acceleratorului de hadroni electron-pozitron (e+e-) din prima etapă, a fost preferată forma circulară (față de liniară), deoarece forma circulară permite o luminozitate mai mare, până la patru experimente și oferă infrastructura pentru acceleratorul de hadroni de înaltă energie din a doua fază ulterioară.
***
Referinte:
- CERN. Comunicat de presă – Consiliul CERN analizează studiul de fezabilitate pentru un accelerator de particule de generație următoare. 10 noiembrie 2025. Disponibil la https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Comunicat de presă – CERN publică raportul privind fezabilitatea unui posibil accelerator circular de particule din viitor. 31 martie 2025. Disponibil la https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Studiul de fezabilitate pentru viitorul accelerator circular este finalizat. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Viitorul colisionar circular https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: cazul fizicii. 27 martie 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Legate de articole:
- Ciocnitori de particule pentru studiul „Universului foarte timpuriu”: Ciocnitorul de muoni a fost demonstrat (31 octombrie 2024)
- CERN sărbătorește 70 de ani de călătorie științifică în fizică (2 februarie 2024)
- Din ce suntem alcătuiți până la urmă? Care sunt blocurile fundamentale ale universului? (8 noiembrie 2021)
***
Câteva videoclipuri educaționale despre 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}