Søken etter svar på de åpne spørsmålene (som hvilke fundamentale partikler som lager mørk materie, hvorfor materie dominerer universet og hvorfor det er asymmetri mellom materie og antimaterie, hva kraftpartikkel er i forhold til gravitasjon, mørk energi, nøytrinomasse osv.) som standardmodellen ikke kan ta opp, kan føre til at man må se utover standardmodellen og utforske den mulige eksistensen av nye, lettere partikler som samhandler svært svakt med standardmodellpartikler, samt utforske eksistensen av nye, tyngre partikler utenfor rekkevidden til eksisterende LHC-anlegg. Den foreslåtte Future Circular Collider (FCC) vil gjøre det mulig å søke etter eksistensen av slike fundamentale partikler utover standardmodellen. CERN-rådet har nå undersøkt FCCs gjennomførbarhetsstudierapport. En endelig beslutning om bygging av FCC fra CERN-rådet forventes rundt 2028. Hvis den blir godkjent, kan byggingen av FCC starte i 2030-årene. Den vil ha en omkrets på omtrent 100 km, omtrent 200 meter under bakken, nær samme sted som LHC i nærheten av Genève. Den vil etterfølge Large Hadron Collider (LHC), som skal avslutte driften i 2041. FCC vil bli implementert i to trinn. Den første trinnet, FCC-ee, vil være en elektron-positron-kollider for presisjonsmålinger med sikte på å søke etter lettere partikler, som vil tilby et 15-årig forskningsprogram fra slutten av 2040-årene. Etter at denne trinnet er fullført, vil en andre maskin, FCC-hh (høyenergi), bli satt i drift i samme tunnel. Den andre trinnet tar sikte på å nå kollisjonsenergier på 100 TeV (mye høyere enn 13 TeV for LHC) med sikte på å søke etter tyngre partikler. Denne trinnet vil være i drift i 2070-årene og vil vare til slutten av det 21. århundre.
6.–7. november 2025 gjennomgikk CERN-rådet (bestående av delegater fra CERNs medlemsland og assosierte medlemsstater) resultatet av mulighetsstudien for den foreslåtte fremtidige sirkulære kollisjonen (FCC).
Tidligere gjennomførte CERN en studie for å vurdere muligheten for en fremtidig sirkulær kollisjonsgenerator (FCC) i samarbeid med institusjoner i CERNs medlemsland og assosierte medlemsstater og utover. Rapporten ble publisert 31. mars 2025 og gjennomgått av CERN-rådets underordnede organer. Rapporten ble også gjennomgått av uavhengige ekspertkomiteer, som uttalte at FCC virker teknisk gjennomførbar basert på den presenterte dokumentasjonen.
CERN-rådets delegater har nå gjennomgått FCCs gjennomførbarhetsstudierapport 6.–7. november 2025 på et eget møte og konkludert med at gjennomførbarhetsstudien gir grunnlaget for at FCC-studiene kan fortsette. Dette er et viktig skritt mot en mulig godkjenning av FCC av CERN-rådet i mai 2026, når alle anbefalinger vil bli presentert for det til vurdering. En endelig beslutning om bygging av FCC av CERN-rådet forventes rundt 2028.
Future Circular Collider (FCC) er en av de foreslåtte neste generasjons partikkelkollidere ved CERN. Den forventes å etterfølge Large Hadron Collider (LHC), som vil avslutte driften i 2041. CERN jobber for tiden med å identifisere den neste kollidatoren som skal etterfølge LHC, som er CERNs nåværende arbeidshest.
Large Hadron Collider (LHC) ble tatt i bruk i 2008 og er en sirkulær kollisjonsanordning med en omkrets på 27 km, som ligger 100 m under bakken nær Genève. For tiden er det verdens største og kraftigste kollisjonsanordning som genererer kollisjoner med en energi på 13 teraelektronvolt (TeV), som er den høyeste energien en akselerator har oppnådd så langt. Den akselererer hadroner til nær lysets hastighet, og kolliderer dem deretter ved å etterligne forholdene i det tidlige universet.
| Partikkelakseleratorer/kollidere er vinduer til det svært tidlige universet |
| «Svært tidlig univers» refererer til universets tidligste fase (de første tre minuttene rett etter Big Bang) da det var ekstremt varmt og universet var fullstendig dominert av stråling. Plank-epoken er den første epoken i strålingsæraen som varte fra Big Bang til 10.-43 s. Med en temperatur på 1032 K, universet var supervarmt i denne epoken. Planck-epoken ble etterfulgt av Quark-, Lepton- og Nuclear-epokene; alle var kortvarige, men var preget av ekstremt høye temperaturer som gradvis sank etter hvert som universet utvidet seg. Direkte studier av denne tidligste fasen av universet er ikke mulig. Det som kan gjøres er å gjenskape forholdene i denne fasen av universet i partikkelakseleratorer. Dataene som genereres av kollisjoner av partiklene i akseleratorer/kollidere gir et indirekte vindu til det svært tidlige universet. Kollidere er svært viktige forskningsverktøy innen partikkelfysikk. Dette er sirkulære eller lineære maskiner som akselererer partikler til svært høye hastigheter nær lysets hastighet og lar dem kollidere mot en annen partikkel som kommer fra motsatt retning eller mot et mål. Kollisjonene genererer ekstremt høye temperaturer i størrelsesorden billioner Kelvin (tilsvarende forhold som var tilstede i de tidligste epokene av strålingsæraen). Energiene til kolliderende partikler legges til, og dermed er kollisjonsenergien høyere. Kollisjonsenergi omdannes til materie i form av partikler som eksisterte i det aller tidlige universet i henhold til masse-energi-symmetri. For eksempel, når subatomære partiklers elektroner kolliderer med sine antimaterie-partnere positroner, annihilerer materie og antimaterie, og energi frigjøres. Ulike typer nye elementærpartikler kondenserer fra den frigjorte energien. Nye partikler kan være Higgs-bosoner eller toppkvarker, som er svært tunge typer subatomære byggesteiner av materie. Kanskje også mørke materiepartikler og supersymmetriske partikler, noe som ennå ikke er oppdaget. Slike interaksjoner mellom høyenergipartikler under forholdene som eksisterte i det aller tidlige universet gir vindu inn i den ellers utilgjengelige verdenen på den tiden, og analyse av biproduktene av kollisjoner beriker vår forståelse av grunnleggende partikler og tilbyr en måte å forstå fysikkens styrende lover. Partikkelakseleratorer brukes som forskningsverktøy for studiet av det aller tidlige universet. Hadronkollidere (spesielt CERNs Large Hadron Collider LHC) og elektron-positronkollidere er i forkant av utforskningen av det aller tidlige universet. ATLAS- og CMS-eksperimentene ved Large Hadron Collider (LHC) lyktes med å oppdage Higgs-bosonet i 2012. (Kilde: Partikkelkolliderer for studie av "Veldig tidlig univers": Muonkolliderer demonstrert) |
CERNs High-Luminosity Large Hadron Collider (HL – LHC) vil forbedre ytelsen til LHC ved å øke antallet kollisjoner for å muliggjøre studier av kjente mekanismer i større detalj. Den vil sannsynligvis være i drift innen 2029.
Den foreslåtte Future Circular Collider (FCC) vil være en partikkelkollider med høyere ytelse i forhold til Large Hydron Collider. FCC, som er designet for å utforske eksistensen av nye, tyngre partikler utenfor rekkevidden til Large Hadron Collider (LHC), og eksistensen av lettere partikler som samhandler svært svakt med Standardmodellpartikler, vil ha en omkrets på omtrent 100 km og ligge omtrent 200 meter under bakken nær samme sted som LHC. Hvis den blir godkjent, kan byggingen av FCC starte i 2030-årene.
FCC vil bli implementert i to trinn. Det første trinnet, FCC-ee, vil være en elektron-positron-kollider for presisjonsmålinger. Den vil tilby et 15-årig forskningsprogram fra slutten av 2040-årene. Etter at dette trinnet er fullført, vil en andre maskin, FCC-hh (høyenergi), bli satt i drift i samme tunnel. Denne har som mål å nå kollisjonsenergier på 100 TeV mellom kolliderende hadroner (protoner) og tunge ioner. FCC-hh vil være i drift på 2070-tallet og vil kjøre til slutten av det 21. århundre.
Hvorfor er FCC nødvendig? Hvilket formål vil det tjene?
Hele det observerbare universet, inkludert all den baryoniske ordinære materien som vi alle er bygd opp av, utgjør bare 4.9 % av universets masseenergiinnhold. Den usynlige mørke materien utgjør så mye som 26.8 % (mens de resterende 68.3 % av universets masseenergiinnhold er mørk energi). Det er ikke kjent hva mørk materie egentlig er. Standardmodellen (SM) for partikkelfysikk har ingen fundamentale partikler med egenskaper som kreves for å være mørk materie. Det antas at kanskje "supersymmetriske partikler" som er partnere til partiklene i standardmodellen, utgjør mørk materie. Eller kanskje det finnes en parallell verden av mørk materie. WIMP-er (Weakly Interacting Massive Particles), aksjoner eller sterile nøytrinoer er hypotetiske partikler "Beyond the Standard Model" (BSM) som er ledende kandidater. Imidlertid er det ennå ingen suksess med å oppdage slike partikler. Det er mange andre åpne spørsmål (som materie-antimaterie-asymmetri, gravitasjon, mørk energi, nøytrinomasse osv.) som standardmodellen ikke kan svare på. I tillegg begynte Higgs-feltets rolle i universets utvikling å bli drøftet etter oppdagelsen av Higgs-bosonet i 2012 av ATLAS- og CMS-eksperimentene ved Large Hadron Collider (LHC).
De mulige svarene på de ovennevnte åpne spørsmålene ligger utenfor standardmodellen for partikkelfysikk. Man må kanskje utforske eksistensen av nye, lettere partikler som samhandler svært svakt med standardmodellpartikler. Dette vil kreve store mengder datainnsamling og svært høy følsomhet for signalene fra produksjonen av slike partikler, noe som er innenfor rammen av den første fasen av FCC, nemlig FCC-ee (presisjonsmåling). Det er også viktig å utforske eksistensen av nye, tyngre partikler som vil kreve høyenergianlegg. FCC-hh (høy energi), det andre trinnet av FCC, tar sikte på å nå kollisjonsenergier på 100 TeV (som er mye høyere enn 13 TeV for LHC). Når det gjelder formen på det første trinnets elektron-positron (e+e-) kollider, har den sirkulære formen blitt foretrukket (i forhold til lineær) fordi den sirkulære formen muliggjør høyere lysstyrke, opptil fire eksperimenter og tilbyr infrastrukturen for den påfølgende andre fase av høyenergi-hadronkollideren.
***
Referanser:
- CERN. Pressemelding – CERN-rådet gjennomgår mulighetsstudie for en neste generasjons kollisjonsramper. 10. november 2025. Tilgjengelig på https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Pressemelding – CERN publiserer rapport om muligheten for en mulig fremtidig sirkulær kollisjon. 31. mars 2025. Tilgjengelig på https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Mulighetsstudien for fremtidens sirkulære kollisjonskollider er nå ferdigstilt https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Future Circular Collider https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: fysikksaken. 27. mars 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Relaterte artikler:
- Partikkelkolliderer for studie av "Veldig tidlig univers": Muonkolliderer demonstrert (31 oktober 2024)
- CERN feirer 70 år med Scientific Journey in Physics (2 februar 2024)
- Hva består vi til syvende og sist av? Hva er de grunnleggende byggesteinene i universet? (8. november 2021)
***
Noen pedagogiske videoer 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}