Velký Hadron Collider byl zodpovědný za ohromující pokrok ve fyzice: objev nepolapitelného, dlouho hledaného bosonu Higgs a další nové exotické částice, možné náznaky nových přírodních sil a další.
Očekává se, že LHC se nachází v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) na hranici Francie a Švýcarska, LHC bude trvat dalších 15 let. Fyzici však již plánují, co po něm přijde.
Jedním z nejoblíbenějších návrhů pro další krok CERN je 70letý budoucí projekt Circular Collider (FCC). Tento obrovský navrhovaný stroj více než trojnásobek velikosti LHC slibuje vyřešit některá tajemství vesmíru – a nepochybně odhalí některé nové.
Co udělá FCC?
LHC, který zabírá kruhový tunel 27 kilometrů v obvodu, je v současné době největším strojem na světě. FCC by byl umístěn v mnohem větším 91 km tunelu v Ženevské pánvi mezi pohoří Jura a Alpy.
První fází FCC by byla konstrukce a provoz srážky pro elektrony (lehké částice, které tvoří vnější skořepinu atomů) a pozitrony (antihmotné zrcadlové obrazy elektronů). Tento kolider by umožnil přesnější měření bosonu Higgs.
Druhou fází by byl srážka pro protony (těžší částice nalezené v jádrech atomů). LHC již srazí protony, ale nový kolider by zrychlil protony až více než sedmkrát tolik energie.
Toto zvýšení kolizní energie umožňuje objevení částic, které lidstvo nikdy nevyvolalo. Přináší také technické výzvy IT, jako je vývoj vysoce výkonných supravodivých magnetů.
Známé neznámé
Nejvýznamnějším výsledkem LHC byl objev Higgsova bosonu, který nám umožňuje vysvětlit, proč částice ve vesmíru mají hmotu: interagují s takzvaným higgsovým polem, které proniká veškerý prostor.
To bylo skvělé vítězství pro to, čemu říkáme standardní model. Toto je teorie, která podle nejlepších z našich současných znalostí vysvětluje všechny základní částice ve vesmíru a jejich interakce.
Standardní model však má významné slabosti a ponechává některé zásadní otázky nezodpovězené.
FCC slibuje, že na některé z těchto otázek odpoví.
Například víme, že pole Higgs může vysvětlit hmotnost těžkých částic. Je však možné, že zcela odlišný mechanismus poskytuje hmotnost až lehčí částice.
Chceme také vědět, zda pole Higgs dává hmotu samotného bosonu Higgs. Abychom odpověděli na tyto otázky Higgs, budeme potřebovat vyšší energii, které FCC poskytne.
FCC také umožní blíže podívat se na interakce velmi těžkých kvarků. (Kvarky jsou nejmenšími součástmi protonů a některých dalších částic.) Doufáme, že to může vrhnout světlo na otázku, proč vesmír obsahuje mnohem více hmoty než antihmota.
A FCC nám pomůže hledat nové částice, které by mohly být temnou hmotou, záhadnou látkou, která se zdá, že vesmír prostupuje.
Samozřejmě neexistuje žádná záruka, že FCC poskytne odpovědi na tyto otázky. To je povaha výzkumu založeného na zvědavosti. Znáte cestu, ale ne cíl.
Konkurenční srážky
FCC není jediným zvažovaným projektem fyziky částic.
Dalším je navrhovaný 20 kilometrový stroj s názvem Mezinárodní lineární srážka, který by pravděpodobně byl postaven v Japonsku.
USA mají několik projektů na cestách, zejména detektory různých druhů. Podporuje také „továrnu na pobřeží Higgs“, která se nachází v Evropě nebo Japonsku.
Jedním z projektů, který se může týkat podporovatelů FCC, je plánovaný 100 kilometrový čínský elektronový kolider (CEPC), který má významné podobnosti s FCC.
To představuje dilema pro Evropu: Pokud Čína pokračuje ve svém projektu, je FCC stále užitečné? Na druhé straně šéf CERN Fabiola Gianotti tvrdil, že FCC je nezbytný k udržení kroku s Čínou.
Vysoké náklady
Rozhodnutí o FCC nebude přijímáno lehce, vzhledem k velkým nákladům spojeným s projektem.
CERN odhaduje, že první fáze bude stát 15 miliard švýcarských franků (přibližně 18 miliard USD nebo 28 miliard USD při současných směnných kurzech), rozšířeno o 12 let. Jednou třetinou těchto nákladů je konstrukce tunelu.
Velikost součtu přitahovala kritiku. Mluvčí CERN však řekl Agence France-Press, že až 80% nákladů bude zahrnuto současným ročním rozpočtem organizace.
Druhá fáze FCC, která by znovu použila tunel 91 km a také stávající infrastrukturu LHC, se v současné době odhaduje na 19 miliard švýcarských franků. Tato kalkulace má velkou nejistotu, protože druhá fáze by nebyla uvedena do provozu až do roku 2070 nejdříve.
Výhody mimo vědu
Čistá věda nebyla jedinou výhodou LHC. Bylo tam spousta praktických technologických spinoffů, od lékařské technologie po otevření a bezplatný software.
Jedním konkrétním příkladem jsou čipy Medipix vyvinuté pro detektor v LHC, které se nyní používají ve více oblastech v lékařském zobrazování a vědě o materiálech.
Za posledních 70 let působila CERN jako fantastický model pro mírovou a efektivní mezinárodní spolupráci. Kromě jeho úžasné vědecké produkce také přinesla významný pokrok ve strojírenství, které se rozšířily prostřednictvím společnosti.
Budování FCC bude investicí do technologie i zvědavosti.
Tessa Charles je fyzik Accelerator a Ulrik Egede je profesorem fyziky, oba na Monash University. Tento článek je znovu publikován z Konverzace.
Publikováno – 2. května 2025 10:29
