Naukowcy coraz bliżej odpowiedzi na pytanie o powstanie Wszechświata. Future Circular Collider pozwoli odkryć nieznane dotąd cząstki o ogromnym znaczeniu dla całej ludzkości

Najbliższe lata mogą całkowicie zmienić strategię fizyki cząstek. Przyszłość może określać już nie Wielki Zderzacz Hadronów, ale projekt, który może przyćmić dotychczas największy akcelerator cząstek. Future Circular Collider pozwoli wyzwalać energię o niespotykanej dotychczas sile. Energia może sięgać nawet 100 teraelektronowoltów, podczas gdy dotychczasowy rekord LHC wynosił 13 TeV. Nowe badania mogą pozwolić na poznanie obrazu Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu.

– Akcelerator i badania naukowe prowadzone w CERN mają określić podstawowe zasady tego, z czego zbudowana jest materia, jak poszczególne jej składniki elementarne ze sobą oddziałują. Prowadzimy tzw. badania podstawowe, które mają nam umożliwić zrozumienie, jak funkcjonuje nasz Wszechświat, jak funkcjonuje materia we Wszechświecie – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje Andrzej Siemko z CERN.

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) to dotychczas największy i najpotężniejszy na świecie akcelerator cząstek. Wiązki cząstek poruszają się w specjalnym tunelu z prędkością bliską prędkości światła, by następnie zderzyć się ze sobą. W ten sposób wytwarzana jest ogromna energia, naturalna dla Wszechświata, ale niedostępna dotąd na Ziemi. To właśnie dzięki LHC naukowcy odkryli bozon Higgsa czy pentakwarki – nieobserwowany wcześniej rodzaj cząstek elementarnych.

Zderzenie cząstek przy ogromnej prędkości pozwala też na wytworzenie całkowicie nowych cząstek, bez akceleratora ich powstanie byłoby niemożliwe. Choć LHC miał przełomowe znaczenie dla świata fizyki, pozwalał też pośrednio na rewolucyjne odkrycia, m.in. w zakresie medycyny, w tym leczenia chorób onkologicznych.

– Gdy zderzamy dwa obiekty ze sobą, te obiekty się rozpadają na swoje części składowe i wtedy mając odpowiednie detektory, możemy zobaczyć, co z tego powstaje i możemy wnioskować, jak to jest zbudowane, jak to funkcjonuje. Ale to, co my robimy w eksperymentach w CERN, to nie jest tylko zderzanie po to, żeby się coś rozpadło. Podstawowe eksperymenty LHC polegają na wytwarzaniu nowych cząstek. W wyniku zderzenia ze sobą protonów o olbrzymiej energii wytwarzane są nowe cząstki – tłumaczy Andrzej Siemko.

Przez ostatnie lata LHC mogło zderzać protony z maksymalną energią 13 TeV. Tymczasem CERN ogłosił właśnie raport, w którym opisuje projekt potężnego akceleratora cząstek, kilkukrotnie większego niż Wielki Zderzacz Hadronów. Future Circular Collider (FCC) ma umożliwić kolizje elektronów z pozytronami, protonów z protonami, jonów z jonami, a nawet elektronów z protonami i elektronów z jonami. W ten sposób można byłoby wyzwalać energię o niespotykanej sile – nawet 100 teraelektronowoltów (TeV). Osiągnięcie tak ogromnej energii pozwoli np. zbadać, w jaki sposób cząstka Higgsa oddziałuje na drugą cząstkę Higgsa, uda się też odkryć inne cząstki, których zastosowania obecnie jeszcze nie można przewidzieć.

Jeśli jednak LHC umożliwił dokonanie przełomowych odkryć, to kilkukrotnie większy FCC może zrewolucjonizować świat fizyki.

– Staramy się odtworzyć warunki, które panowały ułamki sekund po Wielkim Wybuchu. Wytwarzamy składniki materii takie, jakie były wówczas. Jeszcze wszystkich oczywiście nie znamy, ale celem tych eksperymentów jest właśnie poznanie, jak ta materia wówczas wyglądała. Spodziewamy się, że uda nam się również wytworzyć składniki, które mogą być elementami ciemnej materii – mówi ekspert CERN.

Wielki Zderzacz Hadronów składa się z 27-kilometrowego pierścienia nadprzewodzących magnesów z szeregiem struktur przyspieszających. W przypadku FCC miałby to być 100-kilometrowy nadprzewodzący pierścień akcelerujący protony. Na jego obwodzie zamiast czterech eksperymentów, gdzie dokonuje się zderzenia cząstek (jak w LHC), mogłoby ich być zdecydowanie więcej.

– Za pomocą właśnie tych eksperymentów, a tak naprawdę milionów detektorów, z których te eksperymenty są zbudowane, fizycy obserwują produkty zderzeń czy też nowe cząstki, które są wytwarzane w czasie zderzeń. Oprócz 4 głównych eksperymentów mamy cały szereg mniejszych – wskazuje Andrzej Siemko.

Wielki Zderzacz Hadronów ma być eksploatowany do 2035 r. Future Circular Collider może go zastąpić w 2040 r. Jego budowa może kosztować nawet 20 mld euro.