Sökandet efter svar på de öppna frågorna (som vilka fundamentala partiklar som utgör mörk materia, varför materia dominerar universum och varför det finns materia-antimateria-asymmetri, vad kraftpartikel är för gravitation, mörk energi, neutrinomassa etc.) som standardmodellen inte kan ta itu med, kan behöva se bortom standardmodellen och utforska den möjliga existensen av nya, lättare partiklar som interagerar mycket svagt med standardmodellpartiklar, samt utforska existensen av nya, tyngre partiklar utanför räckhåll för den befintliga LHC-anläggningen. Den föreslagna Future Circular Collider (FCC) skulle göra det möjligt att söka efter existensen av sådana fundamentala partiklar bortom standardmodellen. CERN-rådet har nu granskat FCC:s genomförbarhetsstudierapport. Ett slutgiltigt beslut om byggandet av FCC från CERN-rådet förväntas omkring 2028. Om det godkänns kan byggandet av FCC påbörjas under 2030-talet. Den kommer att ha en omkrets på cirka 100 km och vara belägen cirka 200 meter under marken nära samma plats som LHC nära Genève. Den kommer att efterträda Large Hadron Collider (LHC), vars verksamhet avslutas år 2041. FCC kommer att implementeras i två steg. Det första steget, FCC-ee, kommer att vara en elektron-positronkollider för precisionsmätningar för att söka efter lättare partiklar, vilket kommer att erbjuda ett 15-årigt forskningsprogram från slutet av 2040-talet. Efter avslutad detta steg kommer en andra maskin, FCC-hh (high energy), att tas i drift i samma tunnel. Det andra steget syftar till att nå kollisionsenergier på 100 TeV (mycket högre än LHC:s 13 TeV) för att söka efter tyngre partiklar. Detta steg kommer att vara i drift under 2070-talet och kommer att pågå till slutet av 21-talet.
Den 6-7 november 2025 granskade CERN-rådet (bestående av delegater från CERNs medlemsstater och associerade medlemsstater) resultatet av förstudien för den föreslagna framtida cirkulära kollisionen (FCC).
Tidigare genomförde CERN en studie för att bedöma genomförbarheten av en framtida cirkulär kollisionsanordning (FCC) i samarbete med institutioner i CERN:s medlemsstater och associerade medlemsstater samt bortom. Rapporten publicerades den 31 mars 2025 och granskades av CERN-rådets underordnade organ. Rapporten granskades också av oberoende expertkommittéer, som konstaterade att FCC verkar tekniskt genomförbar baserat på den presenterade dokumentationen.
CERN-rådets delegater har nu granskat FCC:s förstudierapport den 6-7 november 2025 vid ett särskilt möte och kommit fram till att förstudien utgör grunden för FCC:s fortsatta studier. Detta är ett viktigt steg mot ett möjligt godkännande av FCC av CERN-rådet i maj 2026, då alla rekommendationer kommer att presenteras för rådet för behandling. Ett slutgiltigt beslut om byggandet av FCC av CERN-rådet förväntas omkring 2028.
Future Circular Collider (FCC) är en av de föreslagna nästa generations partikelkolliderare vid CERN. Den förväntas efterträda Large Hadron Collider (LHC), som kommer att avsluta sin verksamhet år 2041. CERN arbetar för närvarande med att identifiera nästa kollidator som ska efterträda LHC, som är CERNs nuvarande arbetshäst.
Large Hadron Collider (LHC), som togs i drift 2008, är en cirkulär kollidator med en omkrets på 27 km och ligger 100 m under marken nära Genève. För närvarande är det världens största och kraftfullaste kollidator som genererar kollisioner med en energi på 13 teraelektronvolt (TeV), vilket är den högsta energi som en accelerator hittills uppnått. Den accelererar hadroner till nära ljusets hastighet och kolliderar dem sedan på ett sätt som imiterar förhållandena i det tidiga universum.
| Partikelacceleratorer/kolliderare är fönster till det mycket tidiga universum |
| "Mycket tidigt universum" hänvisar till universums tidigaste fas (de första tre minuterna strax efter Big Bang) då det var extremt varmt och universum dominerades helt av strålning. Plankepoken är den första epoken i strålningseran som varade från Big Bang till 10 ...-43 s. Med en temperatur på 1032 K, universum var superhett under denna epok. Planck-epoken följdes av Quark-, Lepton- och Kärnepoken; alla var kortlivade men kännetecknades av extremt höga temperaturer som gradvis minskade i takt med att universum expanderade. Direkta studier av denna tidigaste fas av universum är inte möjliga. Det som kan göras är att återskapa förhållandena i denna fas av universum i partikelacceleratorer. Data som genereras genom kollisioner av partiklarna i acceleratorer/kollidatorer erbjuder ett indirekt fönster till det mycket tidiga universumet. Kollidatorer är mycket viktiga forskningsverktyg inom partikelfysik. Dessa är cirkulära eller linjära maskiner som accelererar partiklar till mycket höga hastigheter nära ljusets hastighet och låter dem kollidera mot en annan partikel som kommer från motsatt riktning eller mot ett mål. Kollisionerna genererar extremt höga temperaturer i storleksordningen biljoner Kelvin (liknande de förhållanden som rådde under de tidigaste epokerna av strålningseran). Energierna från kolliderande partiklar adderas, vilket gör att kollisionsenergin är högre. Kollisionsenergi omvandlas till materia i form av partiklar som existerade i det allra tidiga universum enligt mass-energisymmetri. Till exempel, när subatomära partiklars elektroner kolliderar med sina antimateriapartners positroner, förintas materia och antimateria och energi frigörs. Olika typer av nya elementarpartiklar kondenserar ur den frigjorda energin. Nya partiklar kan vara Higgsbosoner eller toppkvarkar, vilka är mycket tunga typer av subatomära byggstenar i materia. Kanske även mörka materiapartiklar och supersymmetriska partiklar, något som ännu inte är upptäckt. Sådana interaktioner mellan högenergipartiklar under de förhållanden som rådde i det mycket tidiga universum ger fönster till den annars oåtkomliga världen på den tiden, och analys av biprodukter från kollisioner berikar vår förståelse av grundläggande partiklar och erbjuder ett sätt att förstå fysikens styrande lagar. Partikelacceleratorer används som forskningsverktyg för att studera det mycket tidiga universumet. Hadronkollisorer (särskilt CERN:s Large Hadron Collider LHC) och elektron-positronkollisorer är i framkant inom utforskningen av det mycket tidiga universumet. ATLAS- och CMS-experimenten vid Large Hadron Collider (LHC) lyckades upptäcka Higgsbosonen 2012. (Källa: Partikelkolliderare för studie av "Mycket tidigt universum": Muonkolliderare demonstrerad) |
CERNs högluminsitetskolliderare (HL – LHC) kommer att förbättra LHC:s prestanda genom att öka antalet kollisioner för att möjliggöra studier av kända mekanismer mer i detalj. Den kommer sannolikt att vara i drift år 2029.
Den föreslagna Future Circular Collider (FCC) skulle vara en partikelkollider med högre prestanda jämfört med Large Hydron Collider. Utformad för att utforska förekomsten av nya, tyngre partiklar, bortom räckhåll för Large Hadron Collider (LHC), och förekomsten av lättare partiklar som interagerar mycket svagt med Standardmodellpartiklar, skulle FCC ha en omkrets på cirka 100 km och vara belägen cirka 200 meter under marken nära samma plats som LHC. Om den godkänns kan byggandet av FCC påbörjas under 2030-talet.
FCC skulle implementeras i två steg. Det första steget, FCC-ee, kommer att vara en elektron-positronkolliderare för precisionsmätningar. Den kommer att erbjuda ett 15-årigt forskningsprogram från slutet av 2040-talet. Efter avslutad fas skulle en andra maskin, FCC-hh (högenergi), tas i drift i samma tunnel. Denna syftar till att nå kollisionsenergier på 100 TeV mellan kolliderande hadroner (protoner) och tunga joner. FCC-hh kommer att vara i drift på 2070-talet och kommer att vara i drift till slutet av 21-talet.
Varför behövs FCC? Vilket syfte kommer det att tjäna?
Hela det observerbara universum, inklusive all den baryoniska vanliga materia som vi alla består av, utgör endast 4.9 % av universums massenergiinnehåll. Den osynliga mörka materian utgör så mycket som 26.8 % (medan de återstående 68.3 % av universums massenergiinnehåll är mörk energi). Det är inte känt vad mörk materia egentligen är. Standardmodellen (SM) inom partikelfysiken har inga fundamentala partiklar med egenskaper som krävs för att vara mörk materia. Man tror att kanske "supersymmetriska partiklar" som är partners till partiklarna i standardmodellen utgör mörk materia. Eller kanske finns det en parallell värld av mörk materia. WIMP (svagt interagerande massiva partiklar), axioner eller sterila neutriner är hypoteser om partiklar "Bortom standardmodellen" (BSM) som är ledande kandidater. Det har dock ännu inte lyckats upptäcka några sådana partiklar. Det finns många andra öppna frågor (såsom materia-antimateria-asymmetri, gravitation, mörk energi, neutrinomassa etc.) som standardmodellen inte kan besvara. Även Higgsfältets roll i universums utveckling började diskuteras efter upptäckten av Higgsbosonen 2012 genom ATLAS- och CMS-experimenten vid Large Hadron Collider (LHC).
De möjliga svaren på ovanstående öppna frågor ligger bortom standardmodellen för partikelfysik. Man kan behöva utforska förekomsten av nya, lättare partiklar som interagerar mycket svagt med standardmodellpartiklar. Detta kommer att kräva en stor mängd datainsamling och mycket hög känslighet för signalerna från produktionen av sådana partiklar, vilket faller inom ramen för det första steget av FCC, nämligen FCC-ee (precisionsmätning). Det är också absolut nödvändigt att utforska förekomsten av nya, tyngre partiklar som kräver högenergianläggningar. FCC-hh (hög energi), det andra steget av FCC, syftar till att nå kollisionsenergier på 100 TeV (vilket är mycket högre än 13 TeV för LHC). När det gäller formen på det första stegets elektron-positron (e+e-) kollidator har den cirkulära formen föredragits (vis-a-vis linjär) eftersom den cirkulära formen möjliggör högre luminositet, upp till fyra experiment och erbjuder infrastrukturen för den efterföljande andra fasens högenergiska hadronkollidator.
***
Referenser:
- CERN. Pressmeddelande – CERN-rådet granskar förstudie för nästa generations kollidator. 10 november 2025. Tillgänglig på https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Pressmeddelande – CERN släpper rapport om genomförbarheten av en möjlig framtida cirkulär kollision. 31 mars 2025. Tillgänglig på https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Förstudien för framtidens cirkulära kollision är nu slutförd https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Framtida Circular Collider https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: fysikfallet. 27 mars 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Relaterade artiklar:
- Partikelkolliderare för studie av "Mycket tidigt universum": Muonkolliderare demonstrerad (31 oktober 2024)
- CERN firar 70 år av Scientific Journey in Physics (2 februari 2024)
***
Några utbildningsvideor om 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}