CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, wil een deeltjesbotser bouwen die de Large Hadron Collider (LHC) zal verkleinen. De LHC heeft belangrijke ontdekkingen gedaan en geplande upgrades voor zijn kracht zorgen ervoor dat hij in de toekomst aan fysische problemen blijft werken. Maar uiteindelijk zal het niet genoeg zijn om de geheimen van de natuurkunde te ontrafelen. Uiteindelijk hebben we iets groters en krachtigers nodig.
Betreed de toekomstige circulaire collider (FCC.) De FCC zal de LHC qua vermogen met een orde van grootte overschrijden. Op 15 januari bracht de FCC-samenwerking haar Conceptual Design Report (CDR) uit met de opties voor CERN's Future Circular Collider.
De FCC maakt deel uit van CERN's routekaart voor hun toekomst. In 2014 begon CERN met het bestuderen van het FCC-concept ter voorbereiding op het leven na de LHC. De LHC gaat niet snel ergens heen, maar wordt momenteel geüpgraded. Maar er is een limiet aan wat het kan doen en een limiet aan hoe krachtig het kan zijn. Uiteindelijk zal er een opvolger nodig zijn.
"De FCC zou botsingen tussen elektronen, positonen, protonen en protonen en ionen met ongekende energieën en intensiteiten mogelijk maken ..."
CERN-persbericht, 15 januari 2019.
Op dit moment gaat dit rapport helemaal over strategie en proces. Volgens een persbericht van CERN zou Europa "tegen de tijd van de volgende strategie-update in staat moeten zijn om een ambitieus post-LHC-acceleratorproject bij CERN voor te stellen". Er staat ook: "De FCC zou botsingen tussen elektronen, positronen, protonen en protonen en ionen met ongekende energieën en intensiteiten mogelijk maken, met de mogelijkheid van botsingen tussen elektronen en protonen en elektronen en ionen."
“Het FCC-conceptontwerprapport is een opmerkelijke prestatie. Het toont het enorme potentieel van de FCC om onze kennis van de fundamentele fysica te verbeteren en om vele technologieën met een brede impact op de samenleving te bevorderen ”, aldus CERN-directeur-generaal Fabiola Gianotti. "Terwijl de FCC nieuwe, ontmoedigende uitdagingen voorstelde, zou ze enorm profiteren van de expertise, het acceleratorcomplex en de infrastructuren van CERN, die in meer dan een halve eeuw zijn ontwikkeld."
De aankondiging richt zich op de ontdekking van het Higgs-Boson bij de LHC. Dat was een opmerkelijke ontdekking en een theorie die al lang door de theorie werd voorspeld. Maar er is nog veel dat we niet weten over de Higgs-Boson, en om dit te begrijpen is een krachtigere deeltjesbotser nodig dan de LHC. Natuurkundigen denken dat het Higgs-Boson een heel nieuwe deur naar de natuurkunde zou kunnen openen, maar om die deur te openen is een krachtigere deeltjesbotser nodig.
De FCC-protonbotser zou gebruikmaken van supergeleidende magneten van de nieuwe generatie en zou veel nieuwe mogelijkheden bieden om natuurkunde te bestuderen. Het is ontworpen om te presteren bij energieën van 100 TeV en hoger, wat betekent dat het de studie van Higgs-deeltjes met extreme precisie mogelijk zou maken.
De nieuwe deeltjesbotser zal zijn kracht ook gebruiken om donkere materie te onderzoeken, om de prevalentie van materie boven antimaterie te begrijpen en om neutrino-massa's te verklaren.
Het zou zelfs nieuwe massieve deeltjes kunnen vinden en een grondige verkenning mogelijk maken van de rol van het breken van de elektrozwakke symmetrie in de geschiedenis van ons universum. De FCC zou ook zware ionen in botsing brengen en een rijk fysisch-zwaar-fysisch programma ondersteunen om de toestand van de materie in het vroege heelal te bestuderen.
Indien gebouwd, zou de FCC zich op dezelfde plek bevinden als de LHC, het bekken van Genève. De nieuwe deeltjesbotser zou tussen de 80 en 100 km (50 tot 62 mijl) in diameter zijn.
"Het uiteindelijke doel van de FCC is om een supergeleidende protonversnellingsring van 100 kilometer te leveren, met een energie tot 100 TeV, wat een orde van grootte krachtiger betekent dan de LHC", aldus Frédérick Bordry, directeur van Accelerators and Technology van CERN. “De FCC-tijdlijn voorziet te beginnen met een elektron-positronmachine, net zoals LEP de LHC voorafging. Dit zou een rijk programma mogelijk maken waar de deeltjesfysica-gemeenschap de hele eenentwintigste eeuw van profiteert.
“Proton-botsers zijn al generaties lang het gereedschap bij uitstek om op de kleinste schaal nieuwe fysica te ondernemen. Een grote proton-collider zou een sprong voorwaarts betekenen in deze verkenning en het natuurkundeprogramma op een beslissende manier uitbreiden tot meer dan de resultaten van de LHC en een mogelijke elektron-positron-collider. ” zei CERN Director for Research and Computing, Eckhard Elsen.
De nieuwe deeltjesbotser zou een enorm technisch project zijn. De geraamde kosten bedragen 9 miljard euro voor een tunnel van 100 km. Als alles volgens plan verloopt, zou het in 2040 aan het einde van de High-Luminosity LHC met zijn natuurkundeprogramma beginnen. In eerste instantie zou de deeltjesbotser werken als een elektron-positronbotser en 15 tot 20 jaar dienst doen voor de natuurkundegemeenschap. Vervolgens zou het eind 2050 een supergeleidende protonenmachine worden, die dezelfde tunnel gebruikt. Dat kost 15 miljard euro extra.
Wanneer het wordt gebouwd, wordt de nieuwe deeltjesbotser het wereldcentrum voor onderzoek naar deeltjesfysica, op dezelfde manier als de LHC. Het zal een motor zijn voor innovatie in techniek, technologie, wetenschap en industrie. Het zal ook de volgende generatie natuurkundigen en onderzoekers opleiden.
Bronnen:
- Persbericht: Internationale samenwerking publiceert conceptontwerp voor een post-LHC toekomstige circulaire collider bij CERN
- CERN: LHC met hoge helderheid
- CERN: Future Circular Collider Study
