Lahtiste küsimuste (näiteks millised fundamentaalosakesed moodustavad tumeaine, miks aine domineerib universumis ja miks esineb aine ja antiaine asümmeetria, mis on gravitatsiooni, tumeenergia, neutriino massi jne jõuosake) vastuste otsingul, millele standardmudel ei suuda vastata, võib olla vaja vaadata standardmudelist kaugemale ja uurida uute, kergemate osakeste võimalikku olemasolu, mis interakteeruvad standardmudeli osakestega väga nõrgalt, samuti uurida uute, raskemate osakeste olemasolu, mis jäävad olemasoleva LHC rajatise ulatusest väljapoole. Kavandatav tulevane ringpõrgendaja (FCC) võimaldaks otsida selliste fundamentaalosakeste olemasolu väljaspool standardmudelit. CERNi nõukogu on nüüd läbi vaadanud FCC teostatavusuuringu aruande. CERNi nõukogu lõplik otsus FCC ehitamise kohta on oodata umbes 2028. aastal. Heakskiidu korral võib FCC ehitus alata 2030. aastatel. See asub umbes 100 km ümbermõõduga ja asub umbes 200 meetri sügavusel maapinnast sama asukoha lähedal, kus asub LHC Genfi lähedal. See on Suure Hadronite Põrguri (LHC) järglane, mille tegevus peaks lõppema 2041. aastal. FCC rakendatakse kahes etapis. Esimene etapp, FCC-ee, on elektron-positronide põrkeseade täppismõõtmisteks kergemate osakeste otsimiseks, mis pakub 15-aastast uurimisprogrammi alates 2040. aastate lõpust. Selle etapi lõppedes võetakse samas tunnelis kasutusele teine masin, FCC-hh (kõrge energiaga). Teise etapi eesmärk on saavutada kokkupõrkeenergia 100 TeV (palju kõrgem kui LHC 13 TeV) raskemate osakeste otsimiseks. See etapp alustab tööd 2070. aastatel ja kestab 21. sajandi lõpuni.
6.–7. novembril 2025 vaatas CERNi nõukogu (kuhu kuuluvad CERNi liikmes- ja assotsieerunud liikmesriikide delegaadid) läbi kavandatava tulevase ringpõrguri (FCC) teostatavusuuringu tulemused.
Varem viis CERN koostöös CERNi liikmes- ja assotsieerunud riikide ning teiste riikide institutsioonidega läbi uuringu, et hinnata tulevase ringpõrguri (FCC) teostatavust. Aruanne avaldati 31. märtsil 2025 ja seda vaatasid läbi CERNi nõukogu allorganid. Aruande vaatasid läbi ka sõltumatud ekspertkomiteed, kes leidsid esitatud dokumentatsiooni põhjal, et FCC tundub tehniliselt teostatav.
CERNi nõukogu delegaadid vaatasid FCC teostatavusuuringu aruande läbi 6.–7. novembril 2025 toimunud spetsiaalsel koosolekul ja jõudsid järeldusele, et teostatavusuuring annab aluse FCC uuringute jätkamiseks. See on oluline samm FCC võimaliku heakskiitmise suunas CERNi nõukogu poolt 2026. aasta mais, mil kõik soovitused esitatakse nõukogule kaalumiseks. CERNi nõukogu lõplik otsus FCC ehitamise kohta peaks tulema umbes 2028. aastal.
Tulevane ringpõrguti (FCC) on üks CERNi kavandatavatest järgmise põlvkonna osakeste põrkuritest. See peaks saama suure hadronite põrkuri (LHC) järglaseks, mille tegevus lõpeb 2041. aastal. CERN töötab praegu selle nimel, et leida järgmine põrkuti, mis võiks asendada CERNi praegust tööhobust LHC-d.
2008. aastal kasutusele võetud Suur Hadronite Põrkija (LHC) on 27 km ümbermõõduga ringikujuline põrkja, mis asub 100 m sügavusel maapinnast Genfi lähedal. Praegu on see maailma suurim ja võimsaim põrkja, mis tekitab kokkupõrkeid 13 teraelektronvoldi (TeV) energiaga, mis on seni kiirendi abil saavutatud kõrgeim energia. See kiirendab hadroneid peaaegu valguse kiiruseni ja seejärel põrkab nendega kokku, jäljendades varajase universumi tingimusi.
| Osakeste kiirendid/põrutajad on aknad väga varajase universumi juurde |
| „Väga varajane universum” viitab universumi varaseimale faasile (esimesed kolm minutit vahetult pärast Suurt Pauku), mil see oli äärmiselt kuum ja universumit domineeris täielikult kiirgus. Planki epohh on kiirgusajastu esimene epohh, mis kestis Suurest Paugust kuni 10.-43 s. Temperatuuriga 1032 K, universum oli sel ajastul ülikuum. Plancki ajastule järgnesid kvarki, leptoni ja tuuma ajastud; kõik olid lühiajalised, kuid neile oli iseloomulik äärmiselt kõrge temperatuur, mis universumi paisudes järk-järgult langes. Selle universumi varaseima faasi otsene uurimine pole võimalik. Asi on selles, et saab selle faasi tingimusi taasluua osakestekiirendites. Kiirendites/põrketes osakeste kokkupõrgete käigus genereeritud andmed pakuvad kaudset akent väga varajase universumi juurde. Põrutajad on osakestefüüsikas väga olulised uurimisvahendid. Need on ringikujulised või lineaarsed masinad, mis kiirendavad osakesi väga suure kiiruseni, mis on lähedased valguse kiirusele, ja võimaldavad neil põrkuda vastassuunast tuleva osakese või sihtmärgiga. Kokkupõrked tekitavad äärmiselt kõrgeid temperatuure, mis ulatuvad triljonite kelvinite kraadini (sarnaselt kiirgusajastu varaseimate ajastute tingimustega). Kokkupõrgete osakeste energiad liidetakse, seega on kokkupõrkeenergia kõrgem. Kokkupõrkeenergia muundub aineks osakeste kujul, mis eksisteerisid väga varajases universumis vastavalt mass-energia sümmeetriale. Näiteks kui subatomaarsed osakesed põrkuvad elektronidega oma antiaine partnerite positronitega, siis aine ja antiaine annihileeruvad ning energia vabaneb. Vabanenud energiast kondenseeruvad erinevat tüüpi uued elementaarosakesed. Uued osakesed võivad olla Higgsi bosonid või tippkvargid, mis on aine väga rasked subatomaarsed ehitusplokid. Võib-olla ka tumeaine osakesed ja supersümmeetrilised osakesed, mida pole veel avastatud. Sellised kõrge energiaga osakeste vastastikmõjud väga varajases universumis valitsenud tingimustes avavad aknad tolleaegsesse muidu ligipääsmatusse maailma ning kokkupõrgete kõrvalsaaduste analüüs rikastab meie arusaama fundamentaalosakestest ja pakub võimaluse mõista valitsevaid füüsikaseadusi. Osakeste kiirendeid kasutatakse uurimisvahenditena väga varajase universumi uurimisel. Hadronite põrgatid (eriti CERNi suur hadronite põrgatt LHC) ja elektron-positronide põrgatid on väga varajase universumi uurimisel esirinnas. Suures hadronite põrgattis (LHC) tehtud ATLAS ja CMS eksperimendid olid edukad Higgsi bosoni avastamisel 2012. aastal. (Allikas: Osakeste põrkurid "Väga varajase universumi" uurimiseks: demonstreeriti Muoni põrkajat) |
CERNi suure heledusega suur hadronite põrkeseade (HL – LHC) parandab LHC jõudlust, suurendades kokkupõrgete arvu, et võimaldada teadaolevate mehhanismide üksikasjalikumat uurimist. See peaks tööle hakkama 2029. aastaks.
Kavandatav tuleviku ringpõrgur (FCC) oleks suurema jõudlusega osakeste põrkuja võrreldes Suure Hüdroonpõrguriga. See on loodud uurima uute, raskemate osakeste olemasolu, mis jäävad Suure Hadronite Põrguri (LHC) ulatusest väljapoole, ja kergemate osakeste olemasolu, mis interakteeruvad standardmudeli osakestega väga nõrgalt. FCC asuks umbes 100 km ümbermõõduga umbes 200 meetri sügavusel maapinnast LHC lähedal samas asukohas. Kui projekt heaks kiidetakse, võib FCC ehitus alata 2030. aastatel.
FCC rakendatakse kahes etapis. Esimene etapp, FCC-ee, on elektron-positronide põrkeseade täppismõõtmisteks. See pakub 15-aastast uurimisprogrammi alates 2040. aastate lõpust. Selle etapi lõppedes võetakse samas tunnelis kasutusele teine masin, FCC-hh (kõrge energiaga). Selle eesmärk on saavutada hadronite (prootonite) ja raskete ioonide põrkumisel 100 TeV kokkupõrkeenergia. FCC-hh alustab tööd 2070. aastatel ja töötab 21. sajandi lõpuni.
Miks on FCC-d vaja? Mis eesmärki see teenib?
Kogu vaadeldav universum, kaasa arvatud kogu barüonne harilik aine, millest me kõik koosneme, moodustab vaid 4.9% universumi massienergiast. Nähtamatu tumeaine moodustab koguni 26.8% (samas kui ülejäänud 68.3% universumi massienergiast on tumeenergia). Pole teada, mis tumeaine tegelikult on. Osakestefüüsika standardmudelis (SM) puuduvad fundamentaalsed osakesed, millel oleksid omadused, mis on vajalikud tumeaine olemiseks. Arvatakse, et ehk moodustavad tumeaine standardmudeli osakeste partneriteks olevad "supersümmeetrilised osakesed". Või äkki on olemas paralleelne tumeaine maailm. WIMP-id (nõrgalt interakteeruvad massiivsed osakesed), aksionid või steriilsed neutriinod on hüpoteetilised osakesed, mis on "standardmudelist väljas" (BSM), mis on juhtivad kandidaadid. Selliste osakeste tuvastamisel pole aga veel edu saavutatud. On palju muid lahtisi küsimusi (näiteks aine-antiaine asümmeetria, gravitatsioon, tumeenergia, neutriinomass jne), millele standardmudel ei suuda vastata. Samuti hakati Higgsi välja rolli universumi evolutsioonis arutama pärast Higgsi bosoni avastamist 2012. aastal ATLASi ja CMSi eksperimentidega Suures Hadronite Põrkes (LHC).
Võimalikud vastused ülaltoodud lahtistele küsimustele jäävad osakestefüüsika standardmudeli piiridest väljapoole. Võib vaja minna uurida uute, kergemate osakeste olemasolu, mis interakteeruvad standardmudeli osakestega väga nõrgalt. See nõuab suure hulga andmete kogumist ja väga suurt tundlikkust selliste osakeste tekkesignaalide suhtes, mis kuulub FCC esimese etapi, nimelt FCC-ee (täppismõõtmine), ulatusse. Samuti on hädavajalik uurida uute, raskemate osakeste olemasolu, mis nõuab suure energiaga seadmeid. FCC-hh (kõrge energia), FCC teise etapi eesmärk on saavutada kokkupõrkeenergia 100 TeV (mis on palju kõrgem kui LHC 13 TeV). Mis puutub esimese etapi elektron-positron (e+e-) põrkuri kujusse, siis on eelistatud ringikujuline kuju (vis-a-vis lineaarne), kuna ringikujuline kuju võimaldab suuremat heledust, kuni nelja katset ja pakub infrastruktuuri järgneva teise faasi suure energiaga hadronite põrkuri jaoks.
***
viited:
- CERN. Pressiteade – CERNi nõukogu vaatab läbi järgmise põlvkonna põrkuri teostatavusuuringu. 10. november 2025. Saadaval aadressil https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Pressiteade – CERN avaldab aruande võimaliku tulevase ringpõrguri teostatavuse kohta. 31. märts 2025. Saadaval aadressil https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Tulevase ringpõrgeri teostatavusuuring on nüüd valmis https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Tulevane ümmargune põrkur https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: füüsika juhtum. 27. märts 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Teemaga seotud artiklid:
- Osakeste põrkurid "Väga varajase universumi" uurimiseks: demonstreeriti Muoni põrkajat (31 oktoober 2024)
- CERN tähistab 70 aasta möödumist teaduslikust teekonnast füüsikas (2 veebruar 2024)
- Millest me lõpuks koosneme? Mis on universumi põhilised ehitusplokid? (8. november 2021)
***
Mõned õppevideod FCC kohta:
***
 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}