La recerca de respostes a les preguntes obertes (com ara, quines partícules fonamentals formen la matèria fosca, per què la matèria domina l'univers i per què hi ha asimetria matèria-antimatèria, què és la partícula de força per a la gravetat, l'energia fosca, la massa del neutrí, etc.) que el Model Estàndard no pot abordar, potser caldrà mirar més enllà del Model Estàndard i explorar la possible existència de noves partícules més lleugeres que interactuen molt feblement amb les partícules del Model Estàndard, així com explorar l'existència de noves partícules més pesades fora de l'abast de les instal·lacions existents del LHC. El Future Circular Collider (FCC) proposat permetria buscar l'existència d'aquestes partícules fonamentals més enllà del Model Estàndard. El Consell del CERN ha examinat ara l'informe de l'Estudi de viabilitat de la FCC. S'espera una decisió final sobre la construcció de la FCC per part del Consell del CERN al voltant del 2028. Si s'aprova, la construcció de la FCC podria començar a la dècada del 2030. Tindrà uns 100 km de circumferència situat a uns 200 metres sota terra a prop de la mateixa ubicació que el LHC, prop de Ginebra. Serà el successor del Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC), que arribarà a la fi de les seves operacions el 2041. El FCC s'implementarà en dues etapes. La primera etapa, FCC-ee, serà un col·lisionador d'electrons-positrons per a mesures de precisió per a la cerca de partícules més lleugeres, que oferirà un programa de recerca de 15 anys a partir de finals de la dècada del 2040. Un cop finalitzada aquesta etapa, es posarà en marxa una segona màquina, la FCC-hh (alta energia), al mateix túnel. La segona etapa pretén assolir energies de col·lisió de 100 TeV (molt superiors als 13 TeV del LHC) per a la cerca de partícules més pesades. Aquesta etapa estarà operativa a la dècada del 2070 i funcionarà fins a finals del segle XXI.
Els dies 6 i 7 de novembre de 2025, el Consell del CERN (format per delegats dels estats membres i associats del CERN) va revisar el resultat de l'estudi de viabilitat del futur col·lisionador circular (FCC) proposat.
Anteriorment, el CERN va dur a terme un estudi per avaluar la viabilitat d'un Futur Col·lisionador Circular (FCC) en col·laboració amb institucions dels Estats Membres i Membres Associats del CERN i més enllà. L'informe es va publicar el 31 de març de 2025 i va ser revisat pels òrgans subordinats del Consell del CERN. L'informe també va ser revisat pels comitès d'experts independents, que van declarar que el FCC sembla tècnicament viable segons la documentació presentada.
Els delegats del Consell del CERN han examinat l'informe de l'Estudi de Viabilitat de la FCC els dies 6 i 7 de novembre de 2025 en una reunió específica i han conclòs que l'Estudi de Viabilitat proporciona la base perquè els estudis de la FCC continuïn. Aquest és un pas important cap a la possible aprovació de la FCC per part del Consell del CERN el maig de 2026, quan es presentaran totes les recomanacions per a la seva consideració. S'espera que el Consell del CERN prengui una decisió final sobre la construcció de la FCC al voltant del 2028.
El Future Circular Collider (FCC) és un dels col·lisionadors de partícules de nova generació proposats al CERN. S'espera que succeeixi el Large Hadron Collider (LHC), que arribarà al final de les seves operacions el 2041. El CERN està treballant actualment per identificar el proper col·lisionador que succeirà el LHC, que és l'actual cavall de batalla del CERN.
Posat en servei el 2008, el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) és un col·lisionador circular de 27 km de circumferència i situat a 100 m sota terra, a prop de Ginebra. Actualment, és el col·lisionador més gran i potent del món, que genera col·lisions a una energia de 13 teraelectronvolts (TeV), que és l'energia més alta assolida per un accelerador fins ara. Accelera els hadrons fins a una velocitat propera a la de la llum i després els fa xocar imitant les condicions de l'univers primitiu.
| Els acceleradors/colisionadors de partícules són finestres a l'Univers molt primerenc |
| «Univers molt primerenc» fa referència a la fase més primerenca de l'univers (els tres primers minuts després del Big Bang), quan feia molta calor i l'univers estava completament dominat per la radiació. L'època de Plank és la primera època de l'era de la radiació, que va durar des del Big Bang fins al 10-43 s. Amb una temperatura de 1032 K, l'univers era supercalent en aquesta època. L'època de Planck va ser seguida per les èpoques de quarks, leptons i nuclears; totes van ser de curta durada però es van caracteritzar per temperatures extremadament altes que es van reduir gradualment a mesura que l'univers s'expandia. L'estudi directe d'aquesta fase més primerenca de l'univers no és possible. El que es pot fer és recrear les condicions d'aquesta fase de l'univers en acceleradors de partícules. Les dades generades per les col·lisions de les partícules en acceleradors/colisionadors ofereixen una finestra indirecta a l'univers molt primerenc. Els col·lisionadors són eines de recerca molt importants en la física de partícules. Són màquines circulars o lineals que acceleren les partícules a velocitats molt altes, properes a la velocitat de la llum, i els permeten xocar contra una altra partícula que ve de la direcció oposada o contra un objectiu. Les col·lisions generen temperatures extremadament altes de l'ordre de bilions de Kelvin (similars a les condicions presents en les primeres èpoques de l'era de la radiació). Les energies de les partícules que xoquen s'afegeixen, per la qual cosa l'energia de col·lisió és més alta. L'energia de col·lisió es transforma en matèria en forma de partícules que existien a l'univers primerenc segons la simetria massa-energia. Per exemple, quan els electrons de les partícules subatòmiques xoquen amb els seus socis d'antimatèria, els positrons, la matèria i l'antimatèria s'anihilen i s'allibera energia. Diversos tipus de noves partícules elementals es condensen a partir de l'energia alliberada. Les noves partícules podrien ser els bosons de Higgs o els quarks top, que són tipus molt pesats de blocs de construcció subatòmics de la matèria. Potser també partícules de matèria fosca i partícules supersimètriques, una cosa que encara s'ha descobert. Aquestes interaccions entre partícules d'alta energia en les condicions que existien en l'univers molt primerenc obren finestres al món que altrament seria inaccessible d'aquella època, i l'anàlisi dels subproductes de les col·lisions enriqueix la nostra comprensió de les partícules fonamentals i ofereix una manera d'entendre les lleis que regeixen la física. Els acceleradors de partícules s'utilitzen com a eines de recerca per a l'estudi de l'univers molt primerenc. Els col·lisionadors d'hadrons (en particular el Gran Col·lisionador d'Hadrons LHC del CERN) i els col·lisionadors d'electrons-positrons estan a l'avantguarda en l'exploració de l'univers molt primerenc. Els experiments ATLAS i CMS al Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) van tenir èxit en descobrir el bosó de Higgs el 2012. (Font: Col·lisionadors de partícules per a l'estudi de l'"Univers molt primerenc": es va demostrar el col·lisionador de muons) |
El Gran Col·lisionador d'Hadrons d'Alta Luminositat (HL-LHC) del CERN augmentarà el rendiment del LHC augmentant el nombre de col·lisions per permetre l'estudi dels mecanismes coneguts amb més detall. És probable que estigui operatiu el 2029.
El Future Circular Collider (FCC) proposat seria un col·lisionador de partícules de més alt rendiment en comparació amb el Large Hydron Collider. Dissenyat per explorar l'existència de noves partícules més pesades, fora de l'abast del Large Hadron Collider (LHC) i l'existència de partícules més lleugeres que interactuen molt feblement amb les partícules del Model Estàndard, el FCC tindria uns 100 km de circumferència i es situaria a uns 200 metres sota terra, a prop de la mateixa ubicació que el LHC. Si s'aprova, la construcció del FCC podria començar a la dècada del 2030.
El FCC s'implementaria en dues etapes. La primera etapa, FCC-ee, serà un col·lisionador d'electrons-positrons per a mesures de precisió. Oferirà un programa de recerca de 15 anys a partir de finals de la dècada del 2040. Un cop finalitzada aquesta etapa, es posarà en marxa una segona màquina, la FCC-hh (alta energia), al mateix túnel. L'objectiu és assolir energies de col·lisió de 100 TeV en col·lisions entre hadrons (protons) i ions pesants. El FCC-hh estarà operatiu a la dècada del 2070 i funcionarà fins a finals del segle XXI.
Per què es necessita la FCC? Quin propòsit tindrà?
Tot l'univers observable, inclosa tota la matèria bariònica ordinària que tots formem, només constitueix el 4.9% del contingut d'energia en massa de l'univers. La matèria fosca invisible constitueix fins a un 26.8% (mentre que el 68.3% restant del contingut d'energia en massa de l'univers és energia fosca). No se sap què és realment la matèria fosca. El Model Estàndard (SM) de la física de partícules no té partícules fonamentals amb les propietats necessàries per ser matèria fosca. Es pensa que potser les "partícules supersimètriques" que són sòcies de les partícules del Model Estàndard formen la matèria fosca. O potser hi ha un món paral·lel de matèria fosca. Les WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), els axions o els neutrins estèrils són partícules hipotèticament "Més enllà del Model Estàndard" (BSM) que són els principals candidats. Tanmateix, encara no hi ha èxit en la detecció de cap d'aquestes partícules. Hi ha moltes altres preguntes obertes (com l'asimetria matèria-antimatèria, la gravetat, l'energia fosca, el neutrinomassa, etc.) que el Model Estàndard no pot respondre. A més, el paper del camp de Higgs en l'evolució de l'univers va començar a deliberar-se després del descobriment del bosó de Higgs el 2012 pels experiments ATLAS i CMS al Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC).
Les possibles respostes a les preguntes obertes anteriors van més enllà del Model Estàndard de la física de partícules. Potser caldrà explorar l'existència de noves partícules més lleugeres que interactuen molt feblement amb les partícules del Model Estàndard. Això requerirà una gran quantitat de recopilació de dades i una sensibilitat molt alta als senyals de producció d'aquestes partícules, que s'emmarca en l'àmbit de la primera etapa de la FCC, és a dir, FCC-ee (mesura de precisió). També és imperatiu explorar l'existència de noves partícules més pesades que requeriran instal·lacions d'alta energia. L'FCC-hh (alta energia), la segona etapa de la FCC, pretén assolir energies de col·lisió de 100 TeV (que és molt superior als 13 TeV del LHC). Pel que fa a la forma del col·lisionador electró-positró (e+e-) de la primera etapa, s'ha preferit la forma circular (en comparació amb la lineal) perquè la forma circular permet una major lluminositat, fins a quatre experiments i ofereix la infraestructura per al col·lisionador d'hadrons d'alta energia de la segona fase posterior.
***
Referències:
- CERN. Nota de premsa: el Consell del CERN revisa l'estudi de viabilitat per a un col·lisionador de nova generació. 10 de novembre de 2025. Disponible a https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Nota de premsa: El CERN publica un informe sobre la viabilitat d'un possible futur col·lisionador circular. 31 de març de 2025. Disponible a https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- L'estudi de viabilitat del futur col·lisionador circular ja està finalitzat https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Futur colisionador circular https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: el cas de la física. 27 de març de 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Articles relacionats:
- Col·lisionadors de partícules per a l'estudi de l'"Univers molt primerenc": es va demostrar el col·lisionador de muons (31 d'octubre de 2024)
- El CERN celebra els 70 anys de viatge científic en física (2 2024 febrer)
- De què estem fets al final? Quins són els components fonamentals de l'Univers? (8 de novembre de 2021)
***
Alguns vídeos educatius sobre la 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}