Článek
Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN), domov slavného Velkého hadronového urychlovače (LHC), který nám dal Higgsův boson, opět posouvá hranice lidských ambicí. Nedávno zveřejněná studie proveditelnosti potvrdila, že je technicky možné postavit jeho nástupce – kolosální Future Circular Collider (FCC).
Co je vlastně Future Circular Collider (FCC)?
Představte si prstenec zakopaný hluboko pod zemí poblíž Ženevy, ovšem s obvodem neuvěřitelných 91 kilometrů. To je více než trojnásobek délky současného LHC (27 km). Tento gigantický tunel, umístěný v průměrné hloubce 200 metrů, by měl hostit novou generaci urychlovačů, které posunou energetické a intenzitní hranice částicové fyziky daleko za současné možnosti.
Projekt FCC je navržen jako dvoufázový:
- FCC-ee: První fází by byl urychlovač srážející elektrony a pozitrony (anti-elektrony). Fungoval by jako precizní "továrna" na Higgsovy bosony, W a Z bosony a top kvarky. Umožnil by extrémně přesná měření vlastností těchto částic, která jsou klíčová pro testování Standardního modelu částicové fyziky.
- FCC-hh: V pozdější fázi by ve stejném tunelu vznikl hadronový urychlovač srážející protony (podobně jako LHC, ale mnohem výkonnější). Cílem je dosáhnout srážkových energií kolem 100 teraelektronvoltů (TeV), což je téměř sedminásobek současného maxima LHC (14 TeV).
Proč potřebujeme ještě větší urychlovač?
Objev Higgsova bosonu v roce 2012 byl triumfem, ale zároveň otevřel dveře k mnoha dalším otázkám. Standardní model, naše současná nejlepší teorie popisující fundamentální částice a síly, není kompletní. Nevysvětluje například existenci temné hmoty, která tvoří většinu hmoty ve vesmíru, původ převahy hmoty nad antihmotou, nebo proč mají neutrina hmotnost.
FCC má ambici tyto otázky řešit:
- Detailní studium Higgsova bosonu: FCC-ee by umožnilo prozkoumat vlastnosti Higgsovy částice s bezprecedentní přesností, včetně její interakce sama se sebou, což může odhalit tajemství raného vesmíru.
- Hledání "nové fyziky": Obrovské energie FCC-hh by mohly přímo vytvořit nové, dosud neobjevené částice (například částice temné hmoty nebo supersymetrické partnery známých částic), které leží mimo dosah LHC.
- Precizní testy Standardního modelu: Extrémně přesná měření na FCC-ee mohou odhalit drobné odchylky od předpovědí Standardního modelu, které by signalizovaly existenci nových fyzikálních jevů.
- Udržení leadershipu: Projekt má také zajistit, aby si Evropa udržela vedoucí postavení ve fundamentální fyzice tváří v tvář rostoucí konkurenci, například z Číny, která rovněž zvažuje stavbu vlastního obřího urychlovače.
Je to reálné? Studie proveditelnosti říká ANO
Po několika letech intenzivní práce více než tisícovky fyziků a inženýrů z celého světa dospěla studie proveditelnosti k závěru, že projekt FCC je technicky realizovatelný. Nebyly identifikovány žádné nepřekonatelné technické překážky. Studie podrobně analyzovala geologii, stavební inženýrství, potřebnou infrastrukturu (včetně vývoje pokročilých supravodivých magnetů a detektorů nové generace) i environmentální dopady. Bylo posouzeno na 100 různých scénářů umístění, než byla vybrána preferovaná varianta 90,7 km dlouhého tunelu s osmi povrchovými stanovišti.
Časový plán a astronomická cena
Ambice projektu se odráží i v jeho časovém horizontu a nákladech:
- Rozhodnutí: Klíčové rozhodnutí o dalším postupu a případném schválení projektu se očekává kolem roku 2028, poté co studii posoudí nezávislí experti a Rada CERNu (zasedání je plánováno na listopad 2025).
- Výstavba: Pokud bude projekt schválen, stavba první fáze (FCC-ee a tunel) by mohla začít na začátku 30. let a trvat přibližně 12 let.
- Provoz: FCC-ee by mohl zahájit provoz kolem roku 2045, zatímco výkonnější FCC-hh by přišel na řadu až v 70. letech 21. století a pokračoval by až do konce století.
- Náklady: Odhadované náklady jen na první fázi (FCC-ee a infrastruktura) činí 15 miliard švýcarských franků (přibližně 17 miliard dolarů nebo 390 miliard korun). Celkové náklady na obě fáze by mohly přesáhnout 30 miliard dolarů.
Výzvy, otazníky a debaty
Navzdory pozitivní studii proveditelnosti čelí projekt FCC značným výzvám:
- Financování: Zajištění tak obrovské sumy peněz od členských států CERNu v době napjatých rozpočtů bude klíčové a není jisté (např. Německo již signalizovalo neochotu navyšovat příspěvky).
- Dlouhodobost: Projekt se plánuje na mnoho desetiletí dopředu, což vyvolává otázky o jeho flexibilitě a relevanci v budoucnu.
- Environmentální dopad: I když se CERN zavázal k maximální udržitelnosti a využití ekologických principů (včetně možného využití odpadního tepla), stavba takového rozsahu bude mít nevyhnutelně dopad na životní prostředí.
- Vědecká debata: Část fyzikální komunity vznáší otázky, zda je investice do jednoho obřího kruhového urychlovače tou nejlepší cestou vpřed. Argumentují, že alternativní přístupy (např. lineární urychlovače nebo jiné technologie) by mohly přinést podobné výsledky rychleji nebo levněji.
Závěr: Odvážný krok do neznáma
Future Circular Collider představuje vizi budoucnosti částicové fyziky – odvážný krok do neznáma s potenciálem zcela přepsat naše chápání vesmíru. Studie proveditelnosti ukázala, že sen o 91kilometrovém kolosu je technicky dosažitelný. Zda se však stane realitou, bude záviset na politické vůli, schopnosti zajistit astronomické financování a konsenzu ve vědecké komunitě v nadcházejících letech. Rozhodnutí, které padne kolem roku 2028, určí směr evropské i světové fundamentální fyziky na mnoho generací.
