CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, will einen Partikelkollider bauen, der den Large Hadron Collider (LHC) in den Schatten stellt. Der LHC hat wichtige Entdeckungen gemacht und geplante Upgrades seiner Leistung stellen sicher, dass er auch in Zukunft an physikalischen Problemen arbeiten wird. Aber irgendwann wird es nicht ausreichen, die Geheimnisse der Physik zu entschlüsseln. Schließlich brauchen wir etwas Größeres und Stärkeres.
Geben Sie den Future Circular Collider (FCC) ein. Die FCC überschreitet die LHC-Leistung um eine Größenordnung. Am 15. Januar veröffentlichte die FCC-Kollaboration ihren Conceptual Design Report (CDR), in dem die Optionen für den Future Circular Collider des CERN dargelegt sind.
Die FCC ist Teil der Roadmap des CERN für ihre Zukunft. 2014 begann das CERN, das FCC-Konzept zu studieren, um sich auf das Leben nach dem LHC vorzubereiten. Der LHC wird nicht in absehbarer Zeit irgendwohin gehen, sondern wird gerade aktualisiert. Aber es gibt eine Grenze für das, was es kann, und eine Grenze dafür, wie mächtig es sein kann. Schließlich wird es einen Nachfolger erfordern.
"Die FCC würde Elektronen-Positronen-, Proton-Proton- und Ionen-Ionen-Kollisionen bei beispiellosen Energien und Intensitäten liefern ..."
CERN-Pressemitteilung vom 15. Januar 2019.
Im Moment dreht sich in diesem Bericht alles um Strategie und Prozess. Laut einer Pressemitteilung des CERN sollte Europa „in der Lage sein, bis zum nächsten Strategie-Update ein ehrgeiziges Post-LHC-Beschleunigerprojekt am CERN vorzuschlagen“. Es heißt auch: "Die FCC würde Elektronen-Positronen-, Proton-Proton- und Ionen-Ionen-Kollisionen bei beispiellosen Energien und Intensitäten mit der Möglichkeit von Elektronen-Protonen- und Elektronen-Ionen-Kollisionen bereitstellen."
„Der FCC-Konzeptentwurfsbericht ist eine bemerkenswerte Leistung. Es zeigt das enorme Potenzial der FCC, unsere Kenntnisse der Grundlagenphysik zu verbessern und viele Technologien mit weitreichenden Auswirkungen auf die Gesellschaft voranzutreiben “, sagte Fabiola Gianotti, Generaldirektorin des CERN. "Während die FCC neue, gewaltige Herausforderungen darstellt, würde sie stark von der Expertise, dem Beschleunigerkomplex und den Infrastrukturen des CERN profitieren, die über mehr als ein halbes Jahrhundert entwickelt wurden."
Die Ankündigung konzentriert sich auf die Entdeckung des Higgs-Boson am LHC. Das war eine bemerkenswerte Entdeckung, die theoretisch lange vorhergesagt wurde. Wir wissen jedoch noch nicht viel über das Higgs-Boson, und um es zu verstehen, ist ein leistungsstärkerer Partikelkollider erforderlich als der LHC. Physiker glauben, dass das Higgs-Boson eine ganz neue Tür in die Physik öffnen könnte, aber um diese Tür zu öffnen, ist ein stärkerer Teilchenkollider erforderlich.
Der FCC-Protonenkollider würde supraleitende Magnete der neuen Generation verwenden und viele neue Möglichkeiten zum Studium der Physik bieten. Es ist für eine Leistung von 100 TeV und höher ausgelegt, was bedeutet, dass Higgs-Partikel, die mit äußerster Präzision miteinander interagieren, untersucht werden können.
Der neue Partikelkollider wird seine Kraft auch nutzen, um dunkle Materie zu untersuchen, die Verbreitung von Materie gegenüber Antimaterie zu verstehen und Neutrinomassen zu erklären.
Es könnte sogar neue massive Teilchen finden und eine gründliche Untersuchung der Rolle der elektroschwachen Symmetrie in der Geschichte unseres Universums ermöglichen. Die FCC würde auch schwere Ionen kollidieren und ein reichhaltiges Programm für Schwerionenphysik aufrechterhalten, um den Zustand der Materie im frühen Universum zu untersuchen.
Im Falle eines Baus würde sich die FCC an derselben Stelle befinden wie der LHC, das Genfer Becken. Der neue Partikelkollider hätte einen Durchmesser zwischen 80 und 100 km.
"Das ultimative Ziel der FCC ist es, einen 100 Kilometer langen supraleitenden Protonenbeschleunigerring mit einer Energie von bis zu 100 TeV bereitzustellen, was eine Größenordnung leistungsstärker als der LHC bedeutet", sagte Frédérick Bordry, CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie. „Die FCC-Zeitleiste sieht vor, mit einer Elektronen-Positronen-Maschine zu beginnen, genau wie LEP dem LHC vorausging. Dies würde ein reichhaltiges Programm ermöglichen, das der Teilchenphysik im 21. Jahrhundert zugute kommt. “
„Protonencollider sind seit Generationen das Werkzeug der Wahl, um neue Physik im kleinsten Maßstab zu wagen. Ein großer Protonenkollider würde einen Sprung nach vorne bei dieser Untersuchung bedeuten und das Physikprogramm entscheidend über die Ergebnisse des LHC und eines möglichen Elektron-Positron-Kolliders hinaus erweitern. “ sagte Eckhard Elsen, CERN-Direktor für Forschung und Informatik.
Der neue Partikelkollider wäre ein riesiges Ingenieurprojekt. Die prognostizierten Kosten für einen 100 km langen Tunnel liegen im Bereich von 9 Milliarden Euro. Wenn alles nach Plan läuft, würde es sein Physikprogramm im Jahr 2040 direkt am Ende des LHC mit hoher Leuchtkraft beginnen. Zunächst würde der Teilchenkollider als Elektron-Positron-Kollider fungieren und 15 bis 20 Jahre lang der Physik dienen. Dann würde es Ende der 2050er Jahre unter Verwendung desselben Tunnels in eine supraleitende Protonenmaschine umgewandelt. Das würde zusätzliche 15 Milliarden Euro kosten.
Nach dem Bau wird der neue Teilchenkollider zum Weltzentrum für Teilchenphysikforschung, genau wie der LHC. Es wird ein Motor für Innovationen in den Bereichen Ingenieurwesen, Technologie, Wissenschaft und Industrie sein. Es wird auch die nächste Generation von Physikern und Forschern ausbilden.
Quellen:
- Pressemitteilung: Internationale Zusammenarbeit veröffentlicht Konzeptdesign für einen zukünftigen Post-LHC-Rundcollider am CERN
- CERN: LHC mit hoher Leuchtkraft
- CERN: Zukünftige Circular Collider-Studie
