Բաց հարցերի պատասխանների որոնման համար (օրինակ՝ որ հիմնարար մասնիկներն են կազմում մութ նյութը, ինչու է նյութը գերիշխում տիեզերքում և ինչու կա նյութ-հականյութի ասիմետրիա, ինչ է ուժի մասնիկը ձգողականության համար, մութ էներգիա, նեյտրինոների զանգված և այլն), որոնք Ստանդարտ մոդելը չի կարող լուծել, կարող է անհրաժեշտ լինել նայել Ստանդարտ մոդելից այն կողմ և ուսումնասիրել նոր, ավելի թեթև մասնիկների հնարավոր գոյությունը, որոնք շատ թույլ են փոխազդում Ստանդարտ մոդելի մասնիկների հետ, ինչպես նաև ուսումնասիրել նոր, ավելի ծանր մասնիկների գոյությունը գործող LHC կայանի հասանելիությունից դուրս: Առաջարկվող ապագա շրջանաձև բախիչը (FCC) հնարավորություն կտա որոնել նման հիմնարար մասնիկների գոյությունը Ստանդարտ մոդելից այն կողմ: CERN-ի խորհուրդն այժմ ուսումնասիրել է FCC-ի իրագործելիության ուսումնասիրության զեկույցը: CERN-ի խորհրդի կողմից FCC-ի կառուցման վերաբերյալ վերջնական որոշումը սպասվում է մոտ 2028 թվականին: Հաստատվելու դեպքում FCC-ի կառուցումը կարող է սկսվել 2030-ական թվականներին: Այն կլինի մոտ 100 կմ շրջագծով, որը կգտնվի գետնից մոտ 200 մետր խորության վրա՝ Ժնևի մոտ գտնվող LHC-ի հետ նույն վայրի մոտ: Այն կհաջորդի Մեծ Հադրոնային Բախիչին (LHC), որի գործունեությունը կավարտվի 2041 թվականին: FCC-ն կիրականացվի երկու փուլով: Առաջին փուլը՝ FCC-ee-ն, կլինի էլեկտրոն-պոզիտրոնային բախիչ՝ ավելի թեթև մասնիկների որոնման ուղղությամբ ճշգրիտ չափումներ կատարելու համար, որը կառաջարկի 15-ամյա հետազոտական ծրագիր 2040-ականների վերջից: Այս փուլի ավարտից հետո նույն թունելում կգործարկվի երկրորդ մեքենան՝ FCC-hh (բարձր էներգիա): Երկրորդ փուլի նպատակն է հասնել 100 ՏեՎ բախման էներգիաների (LHC-ի 13 ՏեՎ-ից շատ ավելի բարձր)՝ ավելի ծանր մասնիկներ որոնելու համար: Այս փուլը կգործի 2070-ականներին և կգործի մինչև 21-րդ դարի վերջը:
2025 թվականի նոյեմբերի 6-7-ը CERN-ի խորհուրդը (որը կազմված էր CERN-ի անդամ և ասոցացված անդամ պետությունների պատվիրակներից) վերանայեց առաջարկվող ապագա շրջանաձև բախիչի (FCC) իրագործելիության ուսումնասիրության արդյունքները։
Ավելի վաղ CERN-ը ուսումնասիրություն էր անցկացրել՝ գնահատելու ապագա շրջանաձև բախիչի (FCC) իրագործելիությունը՝ համագործակցելով CERN-ի անդամ և ասոցացված անդամ պետությունների, ինչպես նաև այլ երկրների հաստատությունների հետ։ Զեկույցը հրապարակվել է 2025 թվականի մարտի 31-ին, որը վերանայվել է CERN-ի խորհրդի ենթակա մարմինների կողմից։ Զեկույցը նաև վերանայվել է անկախ փորձագիտական հանձնաժողովների կողմից, որոնք նշել են, որ FCC-ն տեխնիկապես իրագործելի է թվում՝ ներկայացված փաստաթղթերի հիման վրա։
CERN-ի խորհրդի պատվիրակները 2025 թվականի նոյեմբերի 6-7-ը հատուկ նիստում քննարկել են FCC-ի իրագործելիության ուսումնասիրության զեկույցը և եզրակացրել, որ իրագործելիության ուսումնասիրությունը հիմք է հանդիսանում FCC ուսումնասիրությունների շարունակման համար: Սա կարևոր քայլ է CERN-ի խորհրդի կողմից FCC-ի հնարավոր հաստատման ուղղությամբ 2026 թվականի մայիսին, երբ բոլոր առաջարկությունները կներկայացվեն քննարկման: CERN-ի խորհրդի կողմից FCC-ի կառուցման վերաբերյալ վերջնական որոշումը սպասվում է մոտ 2028 թվականին:
Ապագայի շրջանաձև բախիչը (FCC) CERN-ում առաջարկվող հաջորդ սերնդի մասնիկների բախիչներից մեկն է: Ակնկալվում է, որ այն կհաջորդի Մեծ հադրոնային բախիչին (LHC), որի գործունեությունը կավարտվի 2041 թվականին: CERN-ն այժմ աշխատում է CERN-ի ներկայիս հիմնական շարժիչ ուժը հանդիսացող LHC-ին հաջորդող հաջորդ բախիչը գտնելու ուղղությամբ:
2008 թվականին շահագործման հանձնված Մեծ Հադրոնային Բախիչը (LHC) շրջանաձև բախիչ է, որի շրջագիծը 27 կմ է, գտնվում է գետնից 100 մ խորության վրա՝ Ժնևի մոտ։ Ներկայումս այն աշխարհի ամենամեծ և ամենահզոր բախիչն է, որը առաջացնում է բախումներ 13 տերաէլեկտրոնային վոլտ (TeV) էներգիայով, որը մինչ օրս արագացուցիչների կողմից հասած ամենաբարձր էներգիան է։ Այն արագացնում է հադրոնները մինչև լույսի արագությունը, ապա բախվում է դրանց՝ ընդօրինակելով վաղ տիեզերքի պայմանները։
| Մասնիկների արագացուցիչները/բախիչները պատուհաններ են դեպի շատ վաղ տիեզերք |
| «Շատ վաղ տիեզերք» արտահայտությունը վերաբերում է տիեզերքի ամենավաղ փուլին (Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո առաջին երեք րոպեները), երբ այն չափազանց տաք էր, և տիեզերքն ամբողջությամբ գերիշխված էր ճառագայթմամբ։ Պլանկի դարաշրջանը ճառագայթման դարաշրջանի առաջին դարաշրջանն է, որը տևել է Մեծ պայթյունից մինչև 10…43 - ս. 10 ջերմաստիճանով32 Կ-ում, տիեզերքը այս դարաշրջանում գերտաք էր։ Պլանկի դարաշրջանին հաջորդեցին քվարկների, լեպտոնների և միջուկային դարաշրջանները։ Բոլորն էլ կարճատև էին, բայց բնութագրվում էին չափազանց բարձր ջերմաստիճաններով, որոնք աստիճանաբար նվազում էին տիեզերքի ընդարձակմանը զուգընթաց։ Տիեզերքի այս ամենավաղ փուլի անմիջական ուսումնասիրությունը հնարավոր չէ։ Այն, ինչ կարելի է անել, տիեզերքի այս փուլի պայմանները վերստեղծել մասնիկների արագացուցիչներում։ Արագացուցիչներում/բախումներում մասնիկների բախումներից ստացված տվյալները անուղղակիորեն հնարավորություն են տալիս տեսնելու շատ վաղ տիեզերքը։ Բախիչները մասնիկների ֆիզիկայի շատ կարևոր հետազոտական գործիքներ են։ Սրանք շրջանաձև կամ գծային մեքենաներ են, որոնք արագացնում են մասնիկները մինչև լույսի արագությանը մոտ շատ մեծ արագություններ և թույլ են տալիս դրանց բախվել հակառակ ուղղությամբ եկող մեկ այլ մասնիկի կամ թիրախի հետ։ Բախումները առաջացնում են չափազանց բարձր ջերմաստիճաններ՝ տրիլիոնավոր կելվինների կարգի (նման ճառագայթային դարաշրջանի վաղ շրջաններում առկա պայմաններին): Բախվող մասնիկների էներգիաները գումարվում են, հետևաբար, բախման էներգիան ավելի բարձր է: Բախման էներգիան վերածվում է նյութի՝ մասնիկների տեսքով, որոնք գոյություն ունեին շատ վաղ տիեզերքում՝ զանգված-էներգետիկ սիմետրիայի համաձայն: Օրինակ, երբ ենթաատոմային մասնիկների էլեկտրոնները բախվում են իրենց հակամատերիայի գործընկեր պոզիտրոնների հետ, նյութը և հակամատերիան ոչնչանում են, և էներգիա է անջատվում: Ազատված էներգիայից խտանում են տարբեր տեսակի նոր տարրական մասնիկներ: Նոր մասնիկները կարող են լինել Հիգսի բոզոնները կամ վերին քվարկները, որոնք նյութի ենթաատոմային կառուցվածքային բլոկների շատ ծանր տեսակներ են: Հնարավոր է՝ նաև մութ նյութի մասնիկներ և գերսիմետրիկ մասնիկներ, ինչը դեռևս չի հայտնաբերվել: Բարձր էներգիայի մասնիկների միջև նման փոխազդեցությունները շատ վաղ տիեզերքում գոյություն ունեցող պայմաններում պատուհաններ են բացում դեպի այդ ժամանակի այլապես անհասանելի աշխարհը, իսկ բախումների ենթամթերքների վերլուծությունը հարստացնում է մեր պատկերացումները հիմնարար մասնիկների մասին և հնարավորություն է տալիս հասկանալու ֆիզիկայի կառավարող օրենքները: Մասնիկների արագացուցիչներն օգտագործվում են որպես հետազոտական գործիքներ շատ վաղ տիեզերքի ուսումնասիրության համար: Հադրոնային բախիչները (մասնավորապես՝ CERN-ի Մեծ Հադրոնային Բախիչ LHC-ն) և էլեկտրոն-պոզիտրոնային բախիչները առաջատար դիրքեր են զբաղեցնում շատ վաղ տիեզերքի ուսումնասիրության գործում: Մեծ Հադրոնային Բախիչում (LHC) ATLAS և CMS փորձերը հաջողությամբ հայտնաբերեցին Հիգսի բոզոնը 2012 թվականին: (Աղբյուրը ` Մասնիկների բախիչներ «Շատ վաղ տիեզերքի» ուսումնասիրության համար. ցուցադրվել է մյուոնային կոլայդեր) |
CERN-ի բարձր լուսավորության մեծ հադրոնային բախիչը (HL – LHC) կբարձրացնի LHC-ի աշխատանքը՝ ավելացնելով բախումների քանակը՝ հնարավոր դարձնելով հայտնի մեխանիզմների ավելի մանրամասն ուսումնասիրությունը: Այն, հավանաբար, կգործարկվի մինչև 2029 թվականը:
Առաջարկվող Ապագայի շրջանաձև բախիչը (ԱՇԲ) կլինի ավելի բարձր արդյունավետությամբ մասնիկների բախիչ՝ համեմատած Մեծ Հիդրոնային Բախիչի հետ։ Նախատեսված է Մեծ Հադրոնային Բախիչի (ԼՀԲ) հասանելիությունից դուրս գտնվող նոր, ավելի ծանր մասնիկների և Ստանդարտ մոդելի մասնիկների հետ շատ թույլ փոխազդող ավելի թեթև մասնիկների գոյությունն ուսումնասիրելու համար։ ԱՇԲ-ն կունենա մոտ 100 կմ շրջագիծ՝ տեղակայված գետնից մոտ 200 մետր խորության վրա՝ ԼՀԲ-ի նույն վայրի մոտ։ Հաստատվելու դեպքում ԱՇԲ-ի կառուցումը կարող է սկսվել 2030-ական թվականներին։
FCC-ն կիրականացվի երկու փուլով: Առաջին փուլը՝ FCC-ee-ն, կլինի էլեկտրոն-պոզիտրոնային բախիչ՝ ճշգրիտ չափումների համար: Այն կառաջարկի 15-ամյա հետազոտական ծրագիր՝ սկսած 2040-ականների վերջից: Այս փուլի ավարտից հետո նույն թունելում կգործարկվի երկրորդ մեքենան՝ FCC-hh (բարձր էներգիա): Այն նպատակ ունի հասնել 100 ՏեՎ բախման էներգիաների՝ հադրոնների (պրոտոնների) և ծանր իոնների բախման արդյունքում: FCC-hh-ն կգործարկվի 2070-ականներին և կաշխատի մինչև 21-րդ դարի վերջը:
Ինչո՞ւ է անհրաժեշտ FCC-ն։ Ի՞նչ նպատակի է այն ծառայելու։
Ամբողջ դիտարկելի տիեզերքը, ներառյալ ողջ բարիոնային սովորական նյութը, որից կազմված ենք մենք բոլորս, կազմում է տիեզերքի զանգվածային էներգիայի պարունակության ընդամենը 4.9%-ը: Անտեսանելի մութ նյութը կազմում է մինչև 26.8%-ը (մինչդեռ տիեզերքի զանգվածային էներգիայի պարունակության մնացած 68.3%-ը մութ էներգիա է): Հայտնի չէ, թե իրականում ինչ է մութ նյութը: Մասնիկների ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելը (ՍՄ) չունի հիմնարար մասնիկներ, որոնք ունեն մութ նյութ լինելու համար անհրաժեշտ հատկություններ: Կարծիք կա, որ հնարավոր է, որ «սուպերսիմետրիկ մասնիկները», որոնք Ստանդարտ մոդելի մասնիկների գործընկերներն են, կազմում են մութ նյութը: Կամ գուցե գոյություն ունի մութ նյութի զուգահեռ աշխարհ: WIMP-ները (թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկներ), աքսիոնները կամ ստերիլ նեյտրինոները «Ստանդարտ մոդելից այն կողմ» (ՍՄՄ) ենթադրյալ մասնիկներ են, որոնք առաջատար թեկնածուներ են: Այնուամենայնիվ, նման մասնիկների հայտնաբերման գործում դեռևս հաջողություն չկա: Կան շատ այլ բաց հարցեր (օրինակ՝ նյութ-հականյութի ասիմետրիա, ձգողականություն, մութ էներգիա, նեյտրինոզա և այլն), որոնց Ստանդարտ մոդելը չի կարող պատասխանել: Բացի այդ, Հիգսի դաշտի դերը տիեզերքի էվոլյուցիայի մեջ սկսեց քննարկվել 2012 թվականին Մեծ հադրոնային բախիչում (LHC) ATLAS և CMS փորձերի միջոցով Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումից հետո։
Վերոնշյալ բաց հարցերի հնարավոր պատասխանները գտնվում են մասնիկների ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելի սահմաններից դուրս։ Հնարավոր է՝ անհրաժեշտ լինի ուսումնասիրել նոր, ավելի թեթև մասնիկների գոյությունը, որոնք շատ թույլ են փոխազդում ստանդարտ մոդելի մասնիկների հետ։ Սա կպահանջի մեծ քանակությամբ տվյալների հավաքագրում և շատ բարձր զգայունություն նման մասնիկների առաջացման ազդանշանների նկատմամբ, որը գտնվում է FCC-ի առաջին փուլի՝ FCC-ee-ի (ճշգրիտ չափում) շրջանակներում։ Անհրաժեշտ է նաև ուսումնասիրել նոր, ավելի ծանր մասնիկների գոյությունը, որը կպահանջի բարձր էներգիայի սարքավորումներ։ FCC-hh (բարձր էներգիա) երկրորդ փուլը նպատակ ունի հասնել 100 TeV բախման էներգիաների (որը շատ ավելի բարձր է, քան LHC-ի 13 TeV-ը)։ Ինչ վերաբերում է առաջին փուլի էլեկտրոն-պոզիտրոնային (e+e-) բախիչի ձևին, ապա նախընտրելի է շրջանաձև ձևը (գծայինի համեմատ), քանի որ շրջանաձև ձևը հնարավորություն է տալիս իրականացնել ավելի բարձր լուսատվություն, մինչև չորս փորձ և ապահովում է ենթակառուցվածքներ հաջորդող երկրորդ փուլի բարձր էներգիայի հադրոնային բախիչի համար։
***
Հիշատակում:
- CERN։ Մամլո հաղորդագրություն – CERN-ի խորհուրդը վերանայում է նոր սերնդի բախիչի իրագործելիության ուսումնասիրությունը։ 2025 թվականի նոյեմբերի 10։ Հասանելի է հետևյալ հասցեով՝ https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN։ Մամուլի հաղորդագրություն – CERN-ը հրապարակում է զեկույց ապագա շրջանաձև բախիչի հնարավորության վերաբերյալ։ 2025 թվականի մարտի 31։ Հասանելի է հետևյալ հասցեով։ https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Ապագա շրջանաձև բախիչի իրագործելիության ուսումնասիրությունն ավարտվել է https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Ապագա շրջանաձև կոլայդեր https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC. Ֆիզիկայի դեպքը։ 27 մարտի, 2024թ.։ https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
Առնչվող հոդվածներ քանակը:
- Մասնիկների բախիչներ «Շատ վաղ տիեզերքի» ուսումնասիրության համար. ցուցադրվել է մյուոնային կոլայդեր (31 հոկտեմբերի 2024 թ.)
- CERN-ը նշում է ֆիզիկայի գիտական ճանապարհորդության 70-ամյակը (2 Փետրվարի 2024)
- Ինչի՞ց ենք մենք ի վերջո կազմված: Որո՞նք են Տիեզերքի հիմնական շինանյութերը: (8 նոյեմբերի 2021թ.)
***
FCC-ի վերաբերյալ որոշ ուսուցողական տեսանյութեր՝
***
 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}