Стандарт загвараар шийдэж чадахгүй байгаа нээлттэй асуултуудын хариултын эрэл хайгуул (тухайлбал, ямар үндсэн бөөмсүүд орчлон ертөнцөд матери ноёрхдог, яагаад матери-антиматерийн тэгш бус байдал байдаг вэ, таталцлын хүчний бөөмс гэж юу вэ, харанхуй энерги, нейтрино масс гэх мэт) зэрэг нь Стандарт загвараас цааш харж, шинэ сул жижиг хэсгүүдийн оршин тогтнох боломжуудыг судлах, эдгээр загвартай маш сайн харилцан үйлчлэлцэж болохуйц хөнгөн жижиг хэсгүүдийг судлах шаардлагатай болно. одоо байгаа LHC байгууламжийн хүрэх боломжгүй шинэ, илүү хүнд хэсгүүдийн оршин тогтнолыг судлах. Санал болгож буй Future Circular Collider (FCC) нь стандарт загвараас гадна ийм үндсэн бөөмс байгаа эсэхийг хайх боломжийг олгоно. CERN-ийн зөвлөл одоо FCC-ийн ТЭЗҮ-ийн тайланг судалж үзлээ. CERN-ийн зөвлөлөөс FCC барих эцсийн шийдвэрийг 2028 онд гаргана. Хэрэв батлагдвал 2030-аад онд FCC-ийн барилгын ажил эхэлж магадгүй юм. Энэ нь Женевийн ойролцоох LHC-тэй ижил байрлалтай ойролцоо газраас 200 метрийн гүнд байрлах тойрог нь 100 км орчим байх болно. Энэ нь 2041 онд үйл ажиллагаагаа дуусгах Том Адрон Коллайдерыг (LHC) залгамжлах болно. FCC нь хоёр үе шаттайгаар хэрэгжинэ. Эхний шат болох FCC-ee нь 2040-өөд оны сүүлчээс эхлэн 15 жилийн судалгааны хөтөлбөрийг санал болгодог хөнгөн бөөмсийг хайхад чиглэсэн нарийвчлалтай хэмжилт хийхэд зориулагдсан электрон-позитрон мөргөлдөөн юм. Энэ үе шат дууссаны дараа ижил хонгилд хоёр дахь машин болох FCC-hh (өндөр эрчим хүч) ашиглалтад орно. Хоёрдахь шат нь 100 TeV (LHC-ийн 13 TeV-ээс хамаагүй өндөр) мөргөлдөөний энергид хүрч, илүү хүнд хэсгүүдийг хайх зорилготой юм. Энэ шат нь 2070-аад онд ашиглалтад орох бөгөөд 21-р зууны эцэс хүртэл үргэлжилнэ.
2025 оны 11-р сарын 6-7-ны өдрүүдэд CERN-ийн зөвлөл (CERN-ийн гишүүн болон холбогдох гишүүн орнуудын төлөөлөгчдөөс бүрдсэн) санал болгож буй Ирээдүйн дугуй мөргөлдөөн (FCC)-ийн ТЭЗҮ-ийн үр дүнг хянан хэлэлцэв.
Өмнө нь CERN нь CERN-ийн гишүүн болон холбогдох гишүүн орнууд болон бусад орнуудын байгууллагуудтай хамтран Ирээдүйн дугуй мөргөлдүүлэгчийг (FCC) бий болгох боломжийг үнэлэх судалгааг хийсэн. Уг тайланг 2025 оны 3-р сарын 31-нд гаргасан бөгөөд CERN Зөвлөлийн харьяа байгууллагууд хянасан. Тус тайланг бие даасан шинжээчдийн хороод хянаж үзсэн бөгөөд танилцуулсан баримт бичигт үндэслэн FCC нь техникийн хувьд боломжтой гэж мэдэгджээ.
CERN Зөвлөлийн төлөөлөгчид 2025 оны 11-р сарын 6-7-ны хооронд тусгайлсан хурлаар FCC-ийн ТЭЗҮ-ийн тайланг судалж үзээд ТЭЗҮ нь FCC-ийн судалгааг үргэлжлүүлэх үндэс суурь болж байна гэж дүгнэв. Энэ нь 2026 оны 5-р сард CERN-ийн зөвлөлөөс FCC-ийг батлахад чиглэсэн чухал алхам бөгөөд бүх зөвлөмжийг хэлэлцүүлэхээр танилцуулах болно. CERN зөвлөлөөс FCC барих эцсийн шийдвэрийг 2028 онд гаргана.
Future Circular Collider (FCC) нь CERN-д санал болгож буй дараагийн үеийн бөөмс мөргөлдөөнүүдийн нэг юм. Энэ нь 2041 онд үйл ажиллагаагаа дуусгавар болох Large Adron Collider (LHC)-ийг залгамжлах төлөвтэй байна. CERN одоогоор CERN-ийн одоогийн ажиллах хүч болох LHC-ийг залгамжлах дараагийн мөргөлдөөнийг тодорхойлохоор ажиллаж байна.
2008 онд ашиглалтад орсон Том Адрон Коллайдер (LHC) нь 27 км-ийн тойрогтой дугуй мөргөлдүүлэгч бөгөөд Женевийн ойролцоо газраас 100 м-ийн гүнд байрладаг. Одоогийн байдлаар энэ нь 13 тераэлектронвольт (TeV) эрчим хүчээр мөргөлдөөн үүсгэдэг дэлхийн хамгийн том бөгөөд хамгийн хүчирхэг мөргөлдөөн бөгөөд энэ нь хурдасгуурын хүрсэн хамгийн өндөр энерги юм. Энэ нь адронуудыг гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдасгаж, дараа нь орчлон ертөнцийн эхэн үеийн нөхцөл байдлыг дуурайлган мөргөлдүүлдэг.
| Бөөмийн хурдасгуурууд/мөргөлдөөгчид нь маш эртний ертөнцийн цонхнууд юм |
| "Маш эрт орчлон ертөнц" гэдэг нь орчлон ертөнцийн хамгийн анхны үеийг (Их тэсрэлтээс хойшхи эхний гурван минут) хэлдэг бөгөөд энэ нь хэт халуун байсан бөгөөд орчлон ертөнц бүхэлдээ цацраг туяагаар ноёрхож байсан. Планк эрин бол Big Bang-аас 10 хүртэл үргэлжилсэн цацрагийн эриний анхны эрин үе юм.-43 с. 10 хэмийн температуртай32 К, энэ эрин үед орчлон ертөнц хэт халуун байсан. Планкийн эрин үе нь Кварк, Лептон, Цөмийн эрин үеүүд; бүгд богино настай байсан ч орчлон ертөнц тэлэх тусам аажмаар буурдаг маш өндөр температуртай байв. Орчлон ертөнцийн хамгийн эртний үе шатыг шууд судлах боломжгүй юм. Бөөмийн хурдасгуурт орчлон ертөнцийн энэ үе шатны нөхцөлийг дахин бий болгоход юу хийж болох вэ. Хурдасгагч/мөргөлдөөгч дэх бөөмсийн мөргөлдөөний үр дүнд бий болсон өгөгдөл нь маш эртний ертөнц рүү шууд бус цонхыг санал болгодог. Коллайдерууд нь бөөмийн физикийн судалгааны маш чухал хэрэгсэл юм. Эдгээр нь бөөмсийг гэрлийн хурдтай маш өндөр хурдтайгаар хурдасгаж, эсрэг чиглэлд эсвэл байны эсрэг ирж буй өөр бөөмстэй мөргөлдөх боломжийг олгодог дугуй эсвэл шугаман машинууд юм. Мөргөлдөөн нь триллион Келвиний дарааллаар маш өндөр температур үүсгэдэг (цацрагийн эрин үеийн хамгийн эртний үеийн нөхцөлтэй төстэй). Мөргөлдөх бөөмсийн энерги нэмэгддэг тул мөргөлдөх энерги их байна. Мөргөлдөөний энерги нь масс-энергийн тэгш хэмийн дагуу орчлон ертөнцийн хамгийн эртний үед байсан бөөмс хэлбэрээр бодис болж хувирдаг. Жишээлбэл, атомын субатомийн тоосонцор электронууд нь бодисын эсрэг түнш позитронтой мөргөлдөхөд матери ба эсрэг бодис устаж, энерги ялгардаг. Янз бүрийн төрлийн шинэ энгийн тоосонцор ялгарсан энергиэс конденсаци үүсдэг. Шинэ бөөмс нь Хиггсийн бозонууд эсвэл дээд кваркууд байж болох бөгөөд эдгээр нь маш хүнд хэлбэрийн субатомын материалын барилгын блок юм. Харанхуй материйн тоосонцор, хэт тэгш хэмтэй тоосонцор ч байж магадгүй, хараахан нээгээгүй зүйл. Орчлон ертөнцийн хамгийн эхэн үед оршин байсан нөхцөлд өндөр энергийн бөөмс хоорондын ийм харилцан үйлчлэл нь тухайн үеийн боломжгүй ертөнц рүү цонх нээж, мөргөлдөөний дагалдах бүтээгдэхүүний дүн шинжилгээ нь үндсэн бөөмсийн талаарх бидний ойлголтыг баяжуулж, физикийн удирддаг хуулиудыг ойлгох арга замыг санал болгодог. Бөөмийн хурдасгуурыг маш эртний ертөнцийг судлах судалгааны хэрэгсэл болгон ашигладаг. Хадрон мөргөлдөөгчид (ялангуяа CERN-ийн том адрон коллайдер LHC) болон электрон-позитрон мөргөлдөөгчид маш эрт орчлон ертөнцийг судлахад тэргүүлж байна. Том Адрон Коллайдер (LHC) дээр хийсэн ATLAS болон CMS туршилтууд 2012 онд Хиггс бозоныг нээсэн. (Эх сурвалж: "Маш эрт орчлон ертөнц"-ийг судлах бөөмийн мөргөлдүүлэгч: Муон мөргөлдүүлэгчийг үзүүлэв) |
CERN-ийн өндөр гэрэлтдэг том адрон коллайдер (HL – LHC) нь мэдэгдэж буй механизмуудыг илүү нарийвчлан судлах боломжийг олгохын тулд мөргөлдөөний тоог нэмэгдүүлэх замаар LHC-ийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх болно. 2029 он гэхэд ашиглалтад орох магадлалтай.
Санал болгож буй Future Circular Collider (FCC) нь том устай мөргөлдүүлэгчтэй харьцуулахад илүү өндөр хүчин чадалтай бөөмийн мөргөлдөөн байх болно. Том Адрон Коллайдер (LHC) хүрэх боломжгүй шинэ, илүү хүнд хэсгүүдийн оршин тогтнох, Стандарт загварын тоосонцортой маш сул харилцан үйлчлэлцдэг хөнгөн тоосонцор байгаа эсэхийг судлах зорилготой FCC нь LHC-тэй ижил байрлалтай ойролцоо газраас 200 метрийн гүнд байрлах 100 км орчим тойрогтой байх болно. Хэрэв зөвшөөрвөл 2030-аад онд FCC-ийн барилгын ажил эхэлж магадгүй юм.
FCC нь хоёр үе шаттайгаар хэрэгжинэ. Эхний үе шат болох FCC-ee нь нарийн хэмжилт хийхэд зориулагдсан электрон-позитрон мөргөлдөөн болно. Энэ нь 2040-өөд оны сүүлчээс эхлэн 15 жилийн судалгааны хөтөлбөрийг санал болгоно. Энэ үе шат дууссаны дараа ижил хонгилд хоёр дахь машин болох FCC-hh (өндөр эрчим хүч) ашиглалтад орно. Энэ нь 100 TeV-ийн мөргөлдөж буй адрон (протон) ба хүнд ионуудын мөргөлдөөний энергид хүрэх зорилготой юм. FCC-hh нь 2070-аад онд ашиглалтад орох бөгөөд 21-р зууны эцэс хүртэл ажиллах болно.
FCC яагаад хэрэгтэй вэ? Энэ нь ямар зорилгоор үйлчлэх вэ?
Ажиглаж болох бүх орчлон ертөнц, түүний дотор бид бүгдээс бүрддэг энгийн барион матери нь орчлон ертөнцийн массын энергийн ердөө 4.9% -ийг бүрдүүлдэг. Үл үзэгдэх харанхуй матери нь 26.8%-ийг бүрдүүлдэг (Орчлон ертөнцийн массын энергийн үлдсэн 68.3%-ийг хар энерги эзэлдэг). Харанхуй бодис гэж юу болох нь тодорхойгүй байна. Бөөмийн физикийн стандарт загвар (SM) нь харанхуй матер байх шаардлагатай шинж чанартай үндсэн бөөмсгүй. Стандарт загварт байгаа бөөмсийн хамтрагч болох "супер тэгш хэмтэй тоосонцор" нь харанхуй матери үүсгэдэг. Эсвэл харанхуй материйн зэрэгцээ ертөнц байдаг гэж үздэг. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), аксионууд эсвэл ариутгасан нейтрино нь "Стандарт загвараас гадуур" (BSM) гэсэн таамагласан бөөмс бөгөөд нэр дэвшигчдийг тэргүүлж байна. Гэсэн хэдий ч ийм тоосонцорыг илрүүлэхэд хараахан амжилтанд хүрээгүй байна. Стандарт загварт хариулж чадахгүй өөр олон нээлттэй асуултууд (матери-эсрэг бодисын тэгш бус байдал, таталцал, харанхуй энерги, нейтринома гэх мэт) байдаг. Мөн 2012 онд ATLAS болон Том Адрон Коллайдер (LHC) дээр CMS туршилтаар Хиггс бозоныг нээсний дараа орчлон ертөнцийн хувьсал дахь Хиггсийн талбайн үүргийг хэлэлцэж эхэлсэн.
Дээрх нээлттэй асуултуудад өгөх боломжит хариултууд нь бөөмийн физикийн стандарт загвараас гадуур байна. Стандарт загварын тоосонцортой маш сул харилцан үйлчлэлцдэг шинэ, хөнгөн хэсгүүд байгаа эсэхийг судлах шаардлагатай байж магадгүй юм. Энэ нь их хэмжээний мэдээлэл цуглуулах шаардлагатай бөгөөд FCC-ийн эхний үе шат болох FCC-ee (нарийвчлалын хэмжилт) -ийн хамрах хүрээний ийм бөөмсийг үйлдвэрлэх дохионд маш өндөр мэдрэмжтэй байх шаардлагатай. Мөн өндөр эрчим хүч шаарддаг шинэ, илүү хүнд хэсгүүдийн оршин тогтнолыг судлах нь зайлшгүй чухал юм. FCC-hh (өндөр энерги), FCC-ийн хоёр дахь шат нь 100 TeV-ийн мөргөлдөөний энергид хүрэх зорилготой (энэ нь LHC-ийн 13 TeV-ээс хамаагүй өндөр). Эхний шатны электрон-позитрон (e+e-) коллайдерын хэлбэрийн хувьд дугуй хэлбэр нь илүү их гэрэлтэх, дөрвөн туршилт хийх боломжтой бөгөөд дараагийн хоёр дахь фазын өндөр энергитэй адрон коллайдерын дэд бүтцийг санал болгодог тул дугуй хэлбэрийг (шугамантай харьцуулахад) илүүд үзсэн.
***
Ашигласан материал:
- ЦЕРН. Хэвлэлийн мэдээ - CERN Зөвлөл дараагийн үеийн мөргөлдүүлэгчийн ТЭЗҮ-ийг хянаж үздэг. 2025 оны 11-р сарын 10. авах боломжтой https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- ЦЕРН. Хэвлэлийн мэдээ - CERN Ирээдүйн дугуй мөргөлдүүлэгчийг бий болгох боломжийн талаархи тайланг гаргажээ. 2025 оны 3-р сарын 31. Эндээс авах боломжтой https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Ирээдүйн дугуй мөргөлдүүлэгчийн ТЭЗҮ нь одоо дуусч байна https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Ирээдүйн дугуй мөргөлдүүлэгч https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: физикийн тохиолдол. 2024 оны гуравдугаар сарын 27. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Холбогдох нийтлэлүүд:
- "Маш эрт орчлон ертөнц"-ийг судлах бөөмийн мөргөлдүүлэгч: Муон мөргөлдүүлэгчийг үзүүлэв (31 10-р сарын 2024)
- CERN нь Физикийн шинжлэх ухааны аялалын 70 жилийн ойг тэмдэглэж байна (2 оны 2024-р сарын XNUMX)
- Эцсийн эцэст бид юунаас бүрддэг вэ? Орчлон ертөнцийн барилгын үндсэн блокууд юу вэ? (2021 оны 11-р сарын 8)
***
FCC дээрх боловсролын зарим видео:
***
 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}