Стандартты модель шеше алмайтын ашық сұрақтарға жауап іздеу (мысалы, қандай іргелі бөлшектер қараңғы материяны құрайды, неліктен материя ғаламда үстемдік етеді және неліктен материя-антиматерлік асимметрия бар, гравитация үшін күштік бөлшек дегеніміз не, қараңғы энергия, нейтрино массасы және т. бар LHC қондырғысының қолы жетпейтін жаңа, ауыр бөлшектердің болуын зерттейді. Ұсынылған болашақ шеңберлі коллайдер (FCC) стандартты үлгіден тыс осындай іргелі бөлшектердің бар болуын іздеуге мүмкіндік береді. CERN кеңесі қазір FCC техникалық-экономикалық негіздеме есебін зерттеді. CERN кеңесінің FCC құрылысы туралы түпкілікті шешімі шамамен 2028 жылы күтіледі. Егер мақұлданса, FCC құрылысы 2030 жылдары басталуы мүмкін. Ол Женева маңындағы LHC орналасқан жерге жақын жерде, жерден 200 метрдей төмен орналасқан айналма ұзындығы шамамен 100 км болады. Ол 2041 жылы өз жұмысын аяқтауы тиіс Үлкен адрондық коллайдердің (LHC) орнын басады. FCC екі кезеңде жүзеге асырылады. Бірінші кезең, FCC-ee 2040 жылдардың соңынан бастап 15 жылдық зерттеу бағдарламасын ұсынатын жеңілірек бөлшектерді іздеуге бағытталған дәлдік өлшеуге арналған электронды-позитрондық коллайдер болады. Осы кезең аяқталғаннан кейін сол туннельде екінші машина, FCC-hh (жоғары энергия) іске қосылады. Екінші кезең ауыр бөлшектерді іздеу үшін 100 TeV (LHC 13 TeV-тен әлдеқайда жоғары) соқтығыс энергияларына жетуге бағытталған. Бұл кезең 2070 жылдары іске қосылып, 21 ғасырдың соңына дейін жалғасады.
2025 жылдың 6-7 қарашасында CERN кеңесі (CERN мүшесі және қауымдастырылған мүше мемлекеттердің делегаттарынан құралған) ұсынылған Болашақ айналмалы коллайдер (FCC) үшін техникалық-экономикалық негіздеменің нәтижесін қарады.
Бұған дейін CERN CERN мүше және қауымдастырылған мүше мемлекеттердегі және одан тыс жерлердегі мекемелермен бірлесе отырып, болашақ айналмалы коллайдердің (FCC) орындылығын бағалау үшін зерттеу жүргізді. Есеп 2025 жылдың 31 наурызында шығарылды, оны CERN Кеңесінің ведомстволық бағынысты органдары қарады. Есепті тәуелсіз сарапшылар комитеттері де қарады, олар FCC ұсынылған құжаттаманың негізінде техникалық тұрғыдан мүмкін болып көрінетінін айтты.
CERN кеңесінің делегаттары қазір 2025 жылдың 6-7 қарашасында арнайы жиналыста FCC техникалық-экономикалық негіздемесі есебін қарап шықты және техникалық-экономикалық негіздеме FCC зерттеулерін жалғастыруға негіз береді деген қорытындыға келді. Бұл 2026 жылдың мамырында CERN кеңесінің FCC-ті мақұлдауындағы маңызды қадам, ол кезде барлық ұсыныстар оның қарауына ұсынылады. CERN кеңесінің FCC құрылысы туралы түпкілікті шешімі шамамен 2028 жылы күтілуде.
Future Circular Collider (FCC) - CERN-де ұсынылған келесі ұрпақ бөлшектердің коллайдерлерінің бірі. Ол 2041 жылы өз жұмысын аяқтайтын Үлкен адрондық коллайдердің (LHC) табысы болады деп күтілуде. Қазіргі уақытта CERN қазіргі уақытта CERN жұмыс күші болып табылатын LHC-тің орнын басатын келесі коллайдерді анықтаумен айналысуда.
2008 жылы пайдалануға берілген Үлкен адрондық коллайдер (LHC) шеңбері 27 км болатын дөңгелек коллайдер болып табылады және Женеваға жақын жерде жерден 100 м төмен орналасқан. Қазіргі уақытта бұл 13 тераэлектронвольт (TeV) энергиямен соқтығысатын әлемдегі ең үлкен және ең қуатты коллайдер, бұл үдеткіштің осы уақытқа дейін жеткен ең жоғары энергиясы. Ол адрондарды жарық жылдамдығына дейін жылдамдатады, содан кейін оларды ерте ғаламның шарттарына ұқсайтын соқтығысады.
| Бөлшектердің үдеткіштері/коллайдерлері – өте ертедегі Әлемнің терезелері |
| «Өте ерте ғалам» ғаламның ең ерте фазасын (Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы үш минут) білдіреді, ол өте ыстық болған және ғаламды радиация толығымен басқарған. Планк дәуірі - Үлкен жарылыстан 10 жылға дейін созылған радиациялық дәуірдің бірінші дәуірі.-43 с. Температурасы 1032 К, бұл дәуірде ғалам өте ыстық болды. Планк дәуірінен кейін кварк, лептон және ядролық дәуірлер болды; барлығы қысқа өмір сүрді, бірақ ғалам кеңейген сайын бірте-бірте төмендейтін өте жоғары температурамен сипатталды. Ғаламның бұл ең ерте фазасын тікелей зерттеу мүмкін емес. Бөлшектердің үдеткіштерінде ғаламның осы фазасының жағдайларын қайта құру не істеуге болады. Үдеткіштер/коллайдерлердегі бөлшектердің соқтығысуы нәтижесінде пайда болған деректер өте ерте әлемге жанама терезе ұсынады. Коллайдерлер бөлшектер физикасындағы өте маңызды зерттеу құралы болып табылады. Бұл бөлшектерді жарық жылдамдығына жақын өте жоғары жылдамдыққа дейін үдететін және қарама-қарсы бағытта немесе нысанаға қарсы келетін басқа бөлшекке қарсы соқтығысуға мүмкіндік беретін дөңгелек немесе сызықты машиналар. Соқтығыстар триллиондаған Кельвин тәртібінде өте жоғары температураны тудырады (радиация дәуірінің ең ерте дәуірлеріндегі жағдайларға ұқсас). Соқтығысатын бөлшектердің энергиясы қосылады, сондықтан соқтығыс энергиясы жоғары болады. Соқтығыс энергиясы масса-энергетикалық симметрия бойынша өте ерте ғаламда болған бөлшектер түріндегі материяға айналады. Мысалы, субатомдық бөлшектердің электрондары олардың антиматериялық серіктестерімен соқтығысқан кезде зат пен антиматер аннигиляцияланады және энергия бөлінеді. Бөлінген энергиядан әр түрлі жаңа элементар бөлшектер конденсацияланады. Жаңа бөлшектер Хиггс бозондары немесе жоғарғы кварктар болуы мүмкін, олар заттың субатомдық құрылыс блоктарының өте ауыр түрлері. Мүмкін, қараңғы материяның бөлшектері мен суперсимметриялық бөлшектер, әлі ашылмаған нәрсе. Ең ерте ғаламда болған жағдайларда жоғары энергия бөлшектерінің арасындағы мұндай өзара әрекеттесу сол кездегі басқаша қол жетпес әлемге терезе береді және соқтығыстардың жанама өнімдерін талдау іргелі бөлшектер туралы түсінігімізді байытады және физиканың басқарушы заңдарын түсінуге мүмкіндік береді. Бөлшектердің үдеткіштері өте ерте ғаламды зерттеу үшін зерттеу құралдары ретінде пайдаланылады. Адрон коллайдерлері (әсіресе CERN Үлкен адрон коллайдері LHC) және электронды-позитрондық коллайдерлер өте ертедегі ғаламды зерттеуде алдыңғы қатарда. Үлкен адрон коллайдерінде (LHC) ATLAS және CMS эксперименттері 2012 жылы Хиггс бозонын ашуда сәтті болды. (Дерек көзі: «Өте ерте ғаламды» зерттеуге арналған бөлшектер коллайдерлері: Муон коллайдері көрсетілді) |
CERN жоғары жарықтығы бар үлкен адрон коллайдері (HL – LHC) белгілі механизмдерді егжей-тегжейлі зерттеуге мүмкіндік беру үшін соқтығыстардың санын көбейту арқылы LHC өнімділігін арттырады. Ол 2029 жылға қарай іске қосылуы мүмкін.
Ұсынылған болашақ шеңберлі коллайдер (FCC) Үлкен гидроклайдермен салыстырғанда жоғары өнімді бөлшектер соқтығысуы болады. Үлкен адрондық коллайдер (LHC) қол жеткізе алмайтын жаңа, ауыр бөлшектердің болуын және Стандартты үлгі бөлшектерімен өте әлсіз әрекеттесетін жеңілірек бөлшектердің бар-жоғын зерттеуге арналған FCC LHC-пен бірдей жерге жақын жерде шамамен 200 метр жерде орналасқан шеңбері шамамен 100 км болады. Егер мақұлданса, FCC құрылысы 2030 жылдары басталуы мүмкін.
FCC екі кезеңде жүзеге асырылатын болады. Бірінші кезең, FCC-ee дәл өлшеулер үшін электронды-позитрондық коллайдер болады. Ол 2040 жылдардың соңынан бастап 15 жылдық зерттеу бағдарламасын ұсынады. Осы кезең аяқталғаннан кейін сол туннельде екінші машина, FCC-hh (жоғары энергия) іске қосылады. Бұл соқтығысатын адрондар (протондар) мен ауыр иондардың 100 TeV соқтығыс энергияларына жетуге бағытталған. FCC-hh 2070 жылдары жұмыс істейді және 21 ғасырдың соңына дейін жұмыс істейді.
FCC не үшін қажет? Ол қандай мақсатқа қызмет етеді?
Бүкіл бақыланатын ғалам, барлығымыз құрайтын барионды қарапайым материяны қоса алғанда, ғаламның массалық энергиясының тек 4.9% құрайды. Көрінбейтін қараңғы материя 26.8% құрайды (ал Ғаламның массалық энергиясының қалған 68.3% - қараңғы энергия). Қараңғы материяның шын мәнінде не екені белгісіз. Бөлшектер физикасының стандартты үлгісінде (SM) қараңғы материя болуы үшін қасиеттері бар іргелі бөлшектер жоқ. Стандартты үлгідегі бөлшектердің серіктесі болып табылатын «суперсимметриялық бөлшектер» қараңғы материяны құрайды деп есептеледі. Немесе қараңғы материяның параллель әлемі бар болуы мүмкін. WIMP (әлсіз әрекеттесетін массивтік бөлшектер), аксиондар немесе стерильді нейтринолар жетекші кандидаттар болып табылатын «Стандартты үлгіден тыс» (BSM) гипотезалық бөлшектер. Дегенмен, мұндай бөлшектерді анықтауда әлі табыс жоқ. Стандартты модель жауап бере алмайтын көптеген басқа ашық сұрақтар (мысалы, материя-антиматерлік асимметрия, гравитация, қараңғы энергия, нейтринома т.б.) бар. Сондай-ақ, Хиггс өрісінің ғалам эволюциясындағы рөлі 2012 жылы Үлкен адрон коллайдерінде (LHC) ATLAS және CMS эксперименттері арқылы Хиггс бозоны ашылғаннан кейін талқылана бастады.
Жоғарыда аталған ашық сұрақтарға ықтимал жауаптар бөлшектер физикасының стандартты моделінен тыс жатыр. Стандартты үлгі бөлшектерімен өте әлсіз әрекеттесетін жаңа, жеңілірек бөлшектердің болуын зерттеу қажет болуы мүмкін. Бұл деректер жинаудың үлкен көлемін және осындай бөлшектерді өндіру сигналдарына өте жоғары сезімталдықты талап етеді, бұл FCC бірінші сатысы, яғни FCC-ee (дәлдік өлшеу) ауқымында. Сондай-ақ жоғары энергия қондырғыларын қажет ететін жаңа, ауыр бөлшектердің бар-жоғын зерттеу өте маңызды. FCC-hh (жоғары энергия), FCC екінші кезеңі 100 TeV соқтығыс энергияларына жетуге бағытталған (бұл LHC 13 TeV-тен әлдеқайда жоғары). Бірінші сатыдағы электрон-позитрон (e+e-) коллайдерінің пішініне келетін болсақ, дөңгелек пішінге артықшылық берілді (сызықтыға қарағанда), дөңгелек пішін төрт экспериментке дейін жоғары жарықтандыруға мүмкіндік береді және келесі екінші фазадағы жоғары энергиялы адрон коллайдеріне инфрақұрылымды ұсынады.
***
Әдебиеттер тізімі:
- ЦЕРН. Баспасөз релизі - CERN кеңесі келесі буын коллайдерінің техникалық-экономикалық негіздемесін қарастырады. 2025 жылдың 10 қарашасы. Қол жетімді https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- ЦЕРН. Баспасөз релизі – CERN ықтимал Болашақ айналмалы коллайдердің орындылығы туралы есепті шығарады. 31 наурыз 2025 ж. Қол жетімді https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Болашақ айналмалы коллайдердің техникалық-экономикалық негіздемесі аяқталды https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Болашақ дөңгелек коллайдер https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: физика жағдайы. 27 наурыз 2024 ж. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Қатысты мақалалар:
- «Өте ерте ғаламды» зерттеуге арналған бөлшектер коллайдерлері: Муон коллайдері көрсетілді (31 қазан 2024)
- CERN физикадағы ғылыми саяхатының 70 жылдығын атап өтеді (2 ақпан 2024)
***
FCC туралы кейбір білім беру бейнелері:
***
 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}