Die soeke na antwoorde op die oop vrae (soos watter fundamentele deeltjies donker materie maak, waarom materie die heelal oorheers en waarom daar materie-antimaterie-asimmetrie is, wat is kragdeeltjie vir swaartekrag, donker energie, neutrino-massa, ens.) wat die Standaardmodel nie kan aanspreek nie, moet dalk verder as die Standaardmodel kyk en die moontlike bestaan van nuwe, ligter deeltjies ondersoek wat baie swak met Standaardmodel-deeltjies in wisselwerking tree, asook die bestaan van nuwe, swaarder deeltjies buite die bereik van die bestaande LHC-fasiliteit. Die voorgestelde Toekomstige Sirkulêre Versneller (FCC) sal dit moontlik maak om te soek na die bestaan van sulke fundamentele deeltjies buite die Standaardmodel. Die CERN-Raad het nou die FCC-uitvoerbaarheidsstudieverslag ondersoek. 'n Finale besluit oor die konstruksie van FCC deur die CERN-Raad word rondom 2028 verwag. Indien goedgekeur, kan die konstruksie van FCC in die 2030's begin. Dit sal ongeveer 100 km in omtrek wees, ongeveer 200 meter onder die grond geleë naby dieselfde plek as die LHC naby Genève. Dit sal die Groot Hadronversneller (LHC) opvolg, wat sy einde van bedryf in 2041 sal bereik. Die FCC sal in twee fases geïmplementeer word. Die eerste fase, FCC-ee, sal 'n elektron-positronversneller wees vir presisiemetings met die doel om na ligter deeltjies te soek, wat 'n 15-jaar navorsingsprogram vanaf die laat 2040's sal bied. Na voltooiing van hierdie fase sal 'n tweede masjien, die FCC-hh (hoë energie), in dieselfde tonnel in gebruik geneem word. Die tweede fase is daarop gemik om botsingsenergieë van 100 TeV (veel hoër as die 13 TeV van LHC) te bereik met die doel om na swaarder deeltjies te soek. Hierdie fase sal in die 2070's in werking wees en sal tot die einde van die 21ste eeu duur.
Op 6-7 November 2025 het die CERN-Raad (bestaande uit afgevaardigdes van CERN se Lid- en Geassosieerde Lidstate) die uitkoms van die Uitvoerbaarheidsstudie vir die voorgestelde Toekomstige Sirkulêre Versneller (FCC) hersien.
Vroeër het CERN 'n studie gedoen om die haalbaarheid van 'n Toekomstige Sirkulêre Versneller (FCC) in samewerking met instellings in CERN se Lid- en Geassosieerde Lidstate en verder te bepaal. Die verslag is op 31 Maart 2025 uitgereik en is deur die ondergeskikte liggame van die CERN-Raad hersien. Die verslag is ook deur die onafhanklike kundige komitees hersien, wat verklaar het dat die FCC tegnies haalbaar lyk op grond van die voorgelegde dokumentasie.
Die afgevaardigdes van die CERN-Raad het nou die FCC-uitvoerbaarheidsstudieverslag op 6-7 November 2025 tydens 'n toegewyde vergadering ondersoek en tot die gevolgtrekking gekom dat die uitvoerbaarheidsstudie die basis bied vir die voortsetting van die FCC-studies. Dit is 'n belangrike stap in die rigting van moontlike goedkeuring van die FCC deur die CERN-Raad in Mei 2026, wanneer alle aanbevelings aan die CERN-Raad voorgelê sal word vir oorweging. 'n Finale besluit oor die konstruksie van die FCC deur die CERN-Raad word rondom 2028 verwag.
Die Future Circular Collider (FCC) is een van die voorgestelde volgende generasie deeltjieversnellers by CERN. Daar word verwag dat dit die Large Hadron Collider (LHC) sal opvolg, wat sy einde van bedrywighede in 2041 sal bereik. CERN werk tans daaraan om die volgende versneller te identifiseer om die LHC op te volg, wat CERN se huidige werkesel is.
Die Groot Hadronversneller (LHC), wat in 2008 in gebruik geneem is, is 'n sirkelvormige versneller met 'n omtrek van 27 km en is 100 m onder die grond naby Genève geleë. Tans is dit die grootste en kragtigste versneller ter wêreld wat botsings teen 'n energie van 13 teraelektronvolt (TeV) genereer, wat die hoogste energie is wat tot dusver deur 'n versneller bereik is. Dit versnel hadrone tot naby die spoed van lig, en bots hulle dan om die toestande van die vroeë heelal na te boots.
| Deeltjieversnellers/botsers is vensters na die Baie Vroeë Heelal |
| "'n Baie vroeë heelal" verwys na die vroegste fase van die heelal (die eerste drie minute kort na die Oerknal) toe dit uiters warm was en die heelal volledig deur die straling oorheers is. Die Plank-epog is die eerste epog van die stralingsera wat van die Oerknal tot 10 ... geduur het.-43 s. Met 'n temperatuur van 1032 K, die heelal was superwarm in hierdie tydperk. Die Planck-tydperk is gevolg deur die Quark-, Lepton- en Kern-tydperke; almal was kortstondig, maar is gekenmerk deur uiters hoë temperature wat geleidelik afgeneem het namate die heelal uitgebrei het. Direkte studie van hierdie vroegste fase van die heelal is nie moontlik nie. Wat gedoen kan word, is om die toestande van hierdie fase van die heelal in deeltjieversnellers te herskep. Die data wat gegenereer word deur botsings van die deeltjies in versnellers/botsers bied 'n indirekte venster na die baie vroeë heelal. Botsers is baie belangrike navorsingsinstrumente in deeltjiefisika. Dit is sirkelvormige of lineêre masjiene wat deeltjies tot baie hoë snelhede naby die spoed van lig versnel en hulle toelaat om teen 'n ander deeltjie wat uit die teenoorgestelde rigting kom of teen 'n teiken te bots. Die botsings genereer uiters hoë temperature in die orde van triljoene Kelvin (soortgelyk aan toestande wat in die vroegste epogge van die stralingsera teenwoordig was). Die energieë van botsende deeltjies word bygevoeg, daarom is die botsingsenergie hoër. Botsingsenergie word omgeskakel na materie in die vorm van deeltjies wat in die baie vroeë heelal bestaan het volgens massa-energie-simmetrie. Byvoorbeeld, wanneer die subatomiese deeltjies se elektrone bots met hul anti-materie-vennote, positrone, vernietig materie en anti-materie en word energie vrygestel. Verskeie tipes nuwe elementêre deeltjies kondenseer uit die vrygestelde energie. Nuwe deeltjies kan die Higgs-bosone of top-kwarke wees, wat baie swaar tipes subatomiese boustene van materie is. Miskien ook donker materie-deeltjies en supersimmetriese deeltjies, iets wat nog ontdek moet word. Sulke interaksies tussen hoë-energie deeltjies in die toestande wat in die baie vroeë heelal bestaan het, bied vensters na die andersins ontoeganklike wêreld van daardie tyd, en analise van die neweprodukte van botsings verryk ons begrip van fundamentele deeltjies en bied 'n manier om die heersende wette van fisika te verstaan. Deeltjieversnellers word as navorsingsinstrumente gebruik vir die studie van die baie vroeë heelal. Hadron-versnellers (veral CERN se Large Hadron Collider LHC) en elektron-positron-versnellers is in die voorpunt in die verkenning van die baie vroeë heelal. Die ATLAS- en CMS-eksperimente by die Large Hadron Collider (LHC) was suksesvol in die ontdekking van die Higgs-boson in 2012. (Bron: Deeltjiebotsers vir studie van "Baie vroeë heelal": Muonbotser gedemonstreer) |
Die Hoë-Luminositeit Groot Hadronversneller (HL – LHC) van CERN sal die werkverrigting van LHC verbeter deur die aantal botsings te verhoog om die bestudering van bekende meganismes in groter besonderhede moontlik te maak. Dit sal waarskynlik teen 2029 in werking wees.
Die voorgestelde Toekomstige Sirkulêre Versneller (FCC) sal 'n hoër-prestasie deeltjieversneller wees in vergelyking met die Groot Hidronversneller. Die FCC, wat ontwerp is om die bestaan van nuwe, swaarder deeltjies buite die bereik van die Groot Hadronversneller (LHC) en die bestaan van ligter deeltjies wat baie swak met Standaardmodel-deeltjies in wisselwerking tree, te ondersoek, sal ongeveer 100 km in omtrek hê, ongeveer 200 meter onder die grond naby dieselfde plek as die LHC. Indien goedgekeur, kan die konstruksie van die FCC in die 2030's begin.
Die FCC sal in twee fases geïmplementeer word. Die eerste fase, FCC-ee, sal 'n elektron-positron-versneller vir presisiemetings wees. Dit sal 'n 15-jaar navorsingsprogram vanaf die laat 2040's bied. Na voltooiing van hierdie fase sal 'n tweede masjien, die FCC-hh (hoë energie), in dieselfde tonnel in gebruik geneem word. Dit is daarop gemik om botsingsenergieë van 100 TeV te bereik wat botsende hadrone (protone) en swaar ione bewerkstellig. Die FCC-hh sal in die 2070's in werking wees en sal tot die einde van die 21ste eeu loop.
Waarom is FCC nodig? Watter doel sal dit dien?
Die hele waarneembare heelal, insluitend al die baryoniese gewone materie waaruit ons almal bestaan, maak slegs 4.9% van die massa-energie-inhoud van die heelal uit. Die onsigbare donker materie maak soveel as 26.8% uit (terwyl die oorblywende 68.3% van die massa-energie-inhoud van die heelal donker energie is). Dit is nie bekend wat donker materie werklik is nie. Die Standaardmodel (SM) van deeltjiefisika het geen fundamentele deeltjies met eienskappe wat nodig is om donker materie te wees nie. Daar word gedink dat miskien "supersimmetriese deeltjies" wat vennote is van die deeltjies in die Standaardmodel, donker materie maak. Of miskien is daar 'n parallelle wêreld van donker materie. WIMP's (Swak Interaktiewe Massiewe Deeltjies), aksies, of steriele neutrino's is gehipotetiseerde deeltjies "Verby die Standaardmodel" (BSM) wat toonaangewende kandidate is. Daar is egter nog geen sukses met die opsporing van sulke deeltjies nie. Daar is baie ander oop vrae (soos materie-antimaterie-asimmetrie, swaartekrag, donker energie, neutrinomassa, ens.) wat die Standaardmodel nie kan beantwoord nie. Ook die rol van die Higgs-veld in die evolusie van die heelal is begin beraadslaag na die ontdekking van die Higgs-boson in 2012 deur die ATLAS- en CMS-eksperimente by die Large Hadron Collider (LHC).
Die moontlike antwoorde op die bogenoemde oop vrae lê verder as die Standaardmodel van deeltjiefisika. 'n Mens moet dalk die bestaan van nuwe, ligter deeltjies ondersoek wat baie swak met Standaardmodel-deeltjies in wisselwerking tree. Dit sal 'n groot hoeveelheid data-insameling en baie hoë sensitiwiteit vir die seine van die produksie van sulke deeltjies vereis, wat onder die bestek van die eerste fase van FCC val, naamlik FCC-ee (presisiemeting). Dit is ook noodsaaklik om die bestaan van nuwe, swaarder deeltjies te ondersoek wat hoë-energie-fasiliteite benodig. Die FCC-hh (hoë energie), die tweede fase van FCC, poog om botsingsenergieë van 100 TeV te bereik (wat baie hoër is as 13 TeV van LHC). Wat die vorm van die eerste fase elektron-positron (e+e-) botser betref, is die sirkelvorm verkies (vis-a-vis lineêr) omdat die sirkelvorm hoër helderheid moontlik maak, tot vier eksperimente, en die infrastruktuur bied vir die daaropvolgende tweede fase hoë-energie hadron-botser.
***
Verwysings:
- CERN. Persverklaring – CERN-raad hersien uitvoerbaarheidsstudie vir 'n volgende-generasie-botser. 10 November 2025. Beskikbaar by https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Persverklaring – CERN stel verslag vry oor die haalbaarheid van 'n moontlike Toekomstige Sirkulêre Versneller. 31 Maart 2025. Beskikbaar by https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Uitvoerbaarheidsstudie vir die toekomstige sirkelversneller is nou gefinaliseer https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Toekomstige Circular Collider https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: die fisika-geval. 27 Maart 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Verwante artikels:
- CERN vier 70 jaar van wetenskaplike reis in fisika (2 Februarie 2024)
- Waaruit bestaan ons uiteindelik? Wat is die fundamentele boustene van die heelal? (8 November 2021)
***
'n Paar opvoedkundige video's oor 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}