Τα τελευταία 50 χρόνια, οι επιταχυντές σωματιδίων αποτέλεσαν τα κύρια επιστημονικά όργανα για την κατανόηση των πιο θεμελιωδών σωματιδίων και των νόμων του Σύμπαντος. Σε μια κυκλική σήραγγα μήκους 27 χλμ., ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) παραμένει ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο.
Η αναβάθμισή του μέσω του έργου High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) στοχεύει να αυξήσει την απόδοσή του και την δυνατότητα ανακαλύψεων μετά το 2029, όμως το CERN ήδη σκέφτεται πέρα από το LHC.
© 2024 CERN
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων συνθλίβει πρωτόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός για να αναδημιουργήσει τις συνθήκες που υπήρχαν μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η μηχανή χρησιμοποιήθηκε για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012, σχεδόν 50 χρόνια μετά την πρόταση του σωματιδίου από τον Peter Higgs, τον θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και από αρκετούς άλλους ερευνητές. Το κατόρθωμα τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής την επόμενη χρονιά.
Ωστόσο, από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs και μετά, ο επιταχυντής δεν έχει επιδείξει κάτι σημαντικό που θα μπορούσε να ρίξει φως σε μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια του σύμπαντος, όπως τη φύση της σκοτεινής ύλης ή της σκοτεινής ενέργειας, το γιατί η ύλη κυριαρχεί στην αντιύλη και αν η πραγματικότητα έχει και άλλες κρυμμένες διαστάσεις.
Το μέλλον της φυσικής υψηλής ενέργειας στον 21ο αιώνα εξαρτάται από το σχεδιασμό και την κατασκευή επιταχυντών ικανών να ωθήσουν τα όρια της ενέργειας και της ισχύος κατά μια τάξη μεγέθους πέρα από τις σημερινές τιμές. Το CERN από το 2019 έχει ήδη εκπονήσει σχέδια για το επόμενο μηχάνημα, το Future Circular Collider (FCC).
Πρόκειται για ένα μηχάνημα κόστους 15 δισεκατομμυρίων ευρώ που θα κινείται σε μια περιφέρεια 91 χιλιομέτρων και θα συνθλίβει τα υποατομικά σωματίδια με μέγιστη ενέργεια 100 τεραηλεκτρονβολτ (TeV), τη στιγμή που ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιτυγχάνει σήμερα μέγιστες ενέργειες 14TeV.
© 2024 CERN
Μελετώντας πιθανές επιλογές
Η μελέτη σκοπιμότητας Future Circular Collider (FCC) διερευνά από το 2021 έως το2027 διαφορετικές επιλογές επιταχυντών, συνδυασμένες σε μια ενιαία ερευνητική υποδομή μέσα σε μια υπόγεια σήραγγα 100 χιλιομέτρων, η οποία μπορεί να προσφέρει ένα σταθερό και ποικίλο ερευνητικό έργο στη φυσική πέρα από το τέλος του αιώνα.
Η μελέτη διερευνά με προσοχή την τεχνική και οικονομική βιωσιμότητα μιας τέτοιας εγκατάστασης στο CERN, καθώς υπάρχουν και αντίθετες φωνές όπως αυτή του Sir David King, πρώην επικεφαλής επιστημονικού συμβούλου της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου, ο οποίος έκρινε μιλώντας στο BBC «ότι η δαπάνη δισεκατομμυρίων για το μηχάνημα θα ήταν "απερίσκεπτη" όταν ο κόσμος αντιμετωπίζει τόσο σοβαρές απειλές από την κλιματική κρίση».
Αντίστοιχα, η Δρ Sabine Hossenfelder στο Κέντρο Μαθηματικής Φιλοσοφίας του Μονάχου, είπε ότι δεν υπάρχουν στοιχεία ότι το FCC θα αποκαλύψει οτιδήποτε σχετικά με τη σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια και ήταν επικριτική για τις προτάσεις: «Η αλήθεια είναι ότι το πιο πιθανό πράγμα που θα έκανε ένα τέτοιο μηχάνημα είναι απλώς καλύτερες μετρήσεις ορισμένων σταθερών στο τυπικό μοντέλο, και μέχρι εκεί. Δεν νομίζω ότι η συνάφεια του έργου με την κοινωνία είναι αρκετά υψηλή για να δικαιολογήσει μια τόσο μεγάλη επένδυση.
© 2024 CERN
Φοβάμαι ότι η χρηματοδότηση ενός τέτοιου πειράματος θα βάλει πολλούς έξυπνους ανθρώπους να σπαταλήσουν το χρόνο τους σε έρευνα που δεν θα οδηγήσει σε καμία πρόοδο. Το LHC είχε καλό κίνητρο. Το FCC δεν έχει. Οι φυσικοί των σωματιδίων πρέπει να αποδεχτούν ότι ο χρόνος τους έχει τελειώσει. Αυτή είναι η εποχή της κβαντικής φυσικής».
Στον αντίποδα, η γενική διευθύντρια του CERN, Fabiola Gianotti είπε στο BBC πως: «Εάν εγκριθεί, το FCC θα είναι το πιο ισχυρό μικροσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ για τη μελέτη των νόμων της φύσης στη μικρότερη κλίμακα και στις υψηλότερες ενέργειες, με στόχο την αντιμετώπιση ορισμένων από τα εκκρεμή ερωτήματα στη σημερινή θεμελιώδη φυσική και στην κατανόησή μας για το σύμπαν».
Ενδιάμεση αναθεώρηση της μελέτης
Την προηγούμενη βδομάδα το συμβούλιο του CERN συζήτησε μια ενδιάμεση αναθεώρηση της μελέτης σκοπιμότητας για τον FCC. Εάν τα σχέδια της μελέτης τελικά προχωρήσουν, ο οργανισμός θα ζητήσει έγκριση τα επόμενα πέντε χρόνια για να ξεκινήσει την κατασκευή του νέου επιταχυντή μετά τα μισά της δεκαετίας του 2030 και να τον λειτουργήσει στα μέσα της δεκαετίας του 2040.
Η σήραγγα του FCC θα φιλοξενήσει δύο επιταχυντές, τον έναν μετά τον άλλο. Ο ένας επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (FCC-ee) θα παρέχει άνευ προηγουμένου μετρήσεις ακριβείας, ενώ ο δεύτερος, ένας επιταχυντής πρωτονίου-πρωτονίου (FCC- hh) θα φθάνει σε ενέργειες έως και οκτώ φορές μεγαλύτερες από αυτές του LHC και θα προσφέρει νέες δυνατότητες για ανακάλυψη.
Η Tara Shears, μέλος του πειράματος LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων και καθηγήτρια Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ, συμπλήρωσε μιλώντας στο BBC πως: «Η επιστημονική υπόθεση είναι πραγματικά συναρπαστική. Αυτή τη στιγμή διεξάγουμε μια μελέτη για να δούμε αν το μηχάνημα είναι εφικτό. Αυτό θα πρέπει να ολοκληρωθεί με απόφαση το 2025 για να προχωρήσουμε μέχρι το 2028».
Η ανάπτυξη αυτών των επιταχυντών απαιτεί σημαντικές προόδους σε πολλές τεχνολογίες. Περισσότερα από 150 πανεπιστήμια, ερευνητικά ιδρύματα και βιομηχανικοί εταίροι από όλο τον κόσμο αξιολογούν τις δυνατότητες για νέες εγκαταστάσεις ανιχνευτών, σχετικές υποδομές, εκτιμήσεις κόστους, παγκόσμια σενάρια υλοποίησης, καθώς και κατάλληλες διεθνείς δομές διακυβέρνησης.
© 2024 CERN
Το Dnews επικοινώνησε με το γραφείο της διευθύντριας του CERN Δρ Fabiola Gianotti και ζήτησε ένα σχόλιο για την εν λόγω μελέτη. Η απάντηση που λάβαμε ήταν ότι «το αναμενόμενο κόστος μέχρι στιγμής είναι 15 και όχι 20 δισεκατομμύρια ευρώ, όπως γράφτηκε σε πολλά ξένα μέσα και ότι όλα βρίσκονται ακόμη υπό συζήτηση, αφού το Future Circular Collider (FCC) δεν έχει εγκριθεί και αυτή τη στιγμή βρίσκεται υπό μελέτη σκοπιμότητας. Αυτή η μελέτη έφτασε πρόσφατα σε ενδιάμεση αναθεώρηση και εξετάστηκε από το συμβούλιο του CERN. Η τελική απόφαση θα παρθεί την επόμενη χρονιά».
