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El Futuro Colisionador Circular ( FCC ) es un acelerador de partículas propuesto con una energía significativamente superior a la de colisionadores circulares anteriores , como el Super Sincrotrón de Protones , el Tevatrón y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). [ 1 ] [ 2 ] El proyecto FCC está considerando tres escenarios para los tipos de colisión: FCC-hh, para colisiones hadrón -hadrón, incluidas colisiones protón -protón e iones pesados, FCC-ee, para colisiones electrón - positrón , y FCC-eh, para colisiones electrón-hadrón. [ 3 ]
En FCC-hh, cada haz tendría una energía total de 560 MJ. Con una energía de colisión en el centro de masas de 100 TeV (frente a los 14 TeV del LHC), el valor de la energía total aumenta a 16,7 GJ. Estos valores de energía total superan los del LHC actual en casi un factor de 30. [ 4 ]
El CERN acogió un estudio del FCC que exploraba la viabilidad de diferentes escenarios de colisionadores de partículas con el objetivo de aumentar significativamente la energía y la luminosidad en comparación con los colisionadores existentes. Su propósito es complementar los diseños técnicos existentes para los colisionadores lineales de electrones/positrones propuestos, como el Colisionador Lineal Internacional y el Colisionador Lineal Compacto .
El estudio explora el potencial de los colisionadores circulares de hadrones y leptones , realizando un análisis de los conceptos de infraestructura y operación y considerando los programas de investigación y desarrollo tecnológico necesarios para construir y operar un futuro colisionador circular. Un informe de diseño conceptual se publicó a principios de 2019, [ 5 ] a tiempo para una actualización programada de la Estrategia Europea para la Física de Partículas .
Fondo
El estudio del CERN se inició como respuesta directa a la recomendación de alta prioridad de la Estrategia Europea para la Física de Partículas actualizada , publicada en 2013, que solicitaba que «el CERN realizara estudios de diseño para proyectos de aceleradores en un contexto global, con énfasis en máquinas de frontera de alta energía de protón-protón y electrón-positrón. Estos estudios de diseño deberían estar vinculados a un programa de I+D de aceleradores riguroso, que incluya imanes de alto campo y estructuras aceleradoras de alto gradiente, en colaboración con institutos nacionales, laboratorios y universidades de todo el mundo». El objetivo era informar la siguiente actualización de la Estrategia Europea para la Física de Partículas (2019-2020) y a la comunidad física en general sobre la viabilidad de los colisionadores circulares, complementando los estudios previos sobre colisionadores lineales, así como otras propuestas para experimentos de física de partículas.
El lanzamiento del estudio de la FCC también estuvo en consonancia con las recomendaciones del Panel de Priorización de Proyectos de Física de Partículas (P5) de Estados Unidos y del Comité Internacional para Futuros Aceleradores (ICFA), un grupo de trabajo de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada .
El descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC, junto con la ausencia hasta ahora de cualquier fenómeno más allá del Modelo Estándar en colisiones a energías en el centro de masa de hasta 8 TeV, ha despertado un interés en futuros colisionadores circulares para impulsar las fronteras de energía y precisión, complementando los estudios para futuras máquinas lineales. El descubrimiento de un bosón de Higgs "ligero" con una masa de 125 GeV revitalizó el debate sobre un colisionador de leptones circular [ 6 ] que permitiría estudios detallados y mediciones precisas de esta nueva partícula. Con el estudio de un nuevo túnel de 80-100 km de circunferencia (véase también VLHC ), [ 7 ] [ 8 ] que cabría en la región de Ginebra, se comprendió que un futuro colisionador de leptones circular podría ofrecer energías de colisión de hasta 400 GeV (permitiendo así la producción de quarks top) a luminosidades sin precedentes. El diseño de FCC-ee (anteriormente conocido como TLEP (Triple-Large Electron-Positron Collider [ 9 ] )) combinaba la experiencia adquirida por LEP2 y las últimas fábricas B.
Dos limitaciones principales en el rendimiento de los aceleradores circulares son la pérdida de energía debida a la radiación sincrotrón y el valor máximo de los campos magnéticos que se pueden obtener al curvar los imanes para mantener los haces energéticos en una trayectoria circular. La radiación sincrotrón es de particular importancia en el diseño y la optimización de un colisionador de leptones circular y limita la energía máxima que se puede alcanzar, ya que el fenómeno depende de la masa de la partícula acelerada. Para abordar estos problemas, se requiere un diseño de máquina sofisticado junto con el avance de tecnologías como las cavidades aceleradoras (RF) y los imanes de alto campo.
Los futuros colisionadores de leptones de "frontera de intensidad y luminosidad" como los considerados en el estudio del FCC permitirían estudiar con muy alta precisión las propiedades del bosón de Higgs , los bosones W y Z y el quark top , determinando sus interacciones con una exactitud al menos un orden de magnitud mejor que la actual. El FCC-ee podría recolectar 10¹² bosones Z, 10⁸ pares W, 10⁶ bosones de Higgs y 4 · 10⁵ pares de quarks top por año. Como segundo paso, un colisionador de "frontera de energía" a 100 TeV (FCC-hh) podría ser una "máquina de descubrimiento" que ofrecería un aumento de ocho veces en comparación con el alcance energético actual del LHC .
El proyecto integrado FCC, que combina FCC-ee y FCC-hh, se basaría en una infraestructura técnica y organizativa compartida y rentable, como ocurrió con LEP y posteriormente con LHC. Este enfoque mejora en varios órdenes de magnitud la sensibilidad a fenómenos esquivos de baja masa y amplía en un orden de magnitud el alcance de descubrimiento de nuevas partículas de mayor masa. Esto permitirá mapear de forma única las propiedades del bosón de Higgs y del sector electrodébil , y ampliar la exploración de diferentes partículas candidatas a materia oscura, complementando otros enfoques con haces de neutrinos, experimentos sin colisionadores y experimentos de astrofísica.
Motivación
El LHC ha impulsado la ciencia de la materia y el Modelo Estándar (ME). El descubrimiento del bosón de Higgs completó el componente relacionado con las partículas del Modelo Estándar de la Física de Partículas , la teoría que describe las leyes que rigen la mayor parte del Universo conocido. Sin embargo, el Modelo Estándar no puede explicar varias observaciones, tales como:
- evidencia de materia oscura ,
- prevalencia de la materia sobre la antimateria ,
- las masas de los neutrinos .
El LHC ha inaugurado una nueva fase de estudios detallados sobre las propiedades del bosón de Higgs y su interacción con las demás partículas del Modelo Estándar. Los futuros colisionadores, con mayor energía y frecuencia de colisiones, contribuirán significativamente a la realización de estas mediciones, profundizando nuestra comprensión de los procesos del Modelo Estándar, poniendo a prueba sus límites y buscando posibles desviaciones o nuevos fenómenos que podrían ofrecer pistas sobre nueva física.
El estudio Future Circular Collider (FCC) desarrolla opciones para posibles colisionadores circulares de frontera de alta energía en el CERN para la era posterior al LHC. Entre otras cosas, planea buscar partículas de materia oscura, que representan aproximadamente el 25% de la energía en el universo observable. [ 10 ] Aunque ningún experimento en colisionadores puede explorar todo el rango de masas de materia oscura (DM) permitido por las observaciones astrofísicas, existe una clase muy amplia de modelos para partículas masivas de interacción débil (WIMP) en la escala de masa de GeV a decenas de TeV, y que podrían estar en el rango del FCC.
El FCC también podría liderar el progreso en las mediciones de precisión de observables electrodébiles de precisión (EWPO). Estas mediciones desempeñaron un papel fundamental en la consolidación del Modelo Estándar y pueden guiar futuros desarrollos teóricos. Además, los resultados de estas mediciones pueden aportar información a los datos de observaciones astrofísicas y cosmológicas. La mayor precisión que ofrece el programa integrado del FCC aumenta el potencial de descubrimiento de nueva física.
Además, FCC-hh permitirá la continuación del programa de investigación en colisiones de iones pesados ultrarrelativistas de RHIC y LHC. Las mayores energías y luminosidades que ofrece FCC-hh al operar con iones pesados abrirán nuevas vías en el estudio de las propiedades colectivas de los quarks y los gluones. [ 11 ]
El estudio FCC también prevé un punto de interacción para electrones con protones (FCC-eh). [ 12 ] Estas mediciones de dispersión inelástica profunda resolverán la estructura de partones con una precisión muy alta, proporcionando una medición con una precisión de una milésima de la constante de acoplamiento fuerte. Estos resultados son esenciales para un programa de mediciones de precisión y mejorarán aún más la sensibilidad de la búsqueda de nuevos fenómenos, particularmente a masas más altas.
Alcance
El estudio del FCC inicialmente hizo hincapié en un colisionador de alta energía protón-protón (hadrón o ión pesado) que también podría albergar un colisionador de frontera de alta intensidad electrón/positrón (ee) como primer paso. Sin embargo, tras evaluar la madurez de las diferentes tecnologías y la motivación física, la colaboración del FCC propuso el llamado programa integrado del FCC, previsto como primer paso el FCC-ee, con un tiempo de operación de aproximadamente 10 años en diferentes rangos de energía, desde 90 GeV hasta 350 GeV, seguido del FCC-hh, con un tiempo de operación de aproximadamente 15 años.
La colaboración FCC ha identificado los avances tecnológicos necesarios para alcanzar la energía e intensidad planificadas y realiza evaluaciones de viabilidad tecnológica para elementos críticos de futuros colisionadores circulares (es decir, imanes de alto campo, superconductores, cavidades de radiofrecuencia, sistema criogénico y de vacío, sistemas de energía, sistema de pantalla de haz, etc.). El proyecto necesita avanzar en estas tecnologías para cumplir con los requisitos de una máquina posterior al LHC, pero también para asegurar la aplicabilidad a gran escala de estas tecnologías que podría conducir a su posterior industrialización. El estudio también proporciona un análisis de la infraestructura y el costo operativo que podrían asegurar el funcionamiento eficiente y confiable de una futura infraestructura de investigación a gran escala. Se ha identificado I+D estratégica en el CDR [ 13 ] durante los próximos años que se concentrará en minimizar los costos de construcción y el consumo de energía, al tiempo que se maximiza el impacto socioeconómico con un enfoque en los beneficios para la industria y la capacitación.
Científicos e ingenieros también trabajan en los conceptos de detectores necesarios para abordar las cuestiones físicas en cada uno de los escenarios (hh, ee, he). El programa de trabajo incluye estudios de experimentos y conceptos de detectores para explorar nuevos fenómenos físicos. Las tecnologías de los detectores se basarán en conceptos experimentales, el rendimiento previsto del colisionador y los casos físicos. Es necesario desarrollar nuevas tecnologías en diversos campos como la criogenia, la superconductividad, la ciencia de los materiales y la informática, incluyendo nuevos conceptos de procesamiento y gestión de datos.
Colisionadores
El estudio de la FCC desarrolló y evaluó tres conceptos de acelerador para su informe de diseño conceptual.
FCC-ee (electrón/positrón)
Un colisionador de leptones con energías de colisión en el centro de masas entre 90 y 350 GeV se considera un posible paso intermedio hacia la realización de la instalación de hadrones. Las condiciones experimentales óptimas han proporcionado a los anillos de almacenamiento de e⁺e⁻ un sólido historial tanto para la medición de partículas conocidas con la máxima precisión como para la exploración de partículas desconocidas.
Más específicamente, una alta luminosidad y un manejo mejorado de los haces de leptones crearían la oportunidad de medir las propiedades de las partículas Z, W, Higgs y top, así como la interacción fuerte, con mayor precisión. [ 14 ] [ 15 ]
Puede buscar nuevas partículas acopladas al bosón de Higgs y a los bosones electrodébiles hasta escalas de Λ = 7 y 100 TeV. Además, las mediciones de desintegraciones invisibles o exóticas de los bosones de Higgs y Z ofrecerían un potencial de descubrimiento para la materia oscura o los neutrinos pesados con masas inferiores a 70 GeV. En efecto, el FCC-ee podría permitir investigaciones profundas sobre la ruptura de la simetría electrodébil y abrir una amplia búsqueda indirecta de nueva física en varios órdenes de magnitud de energía o acoplamientos.
La realización del colisionador de leptones de frontera de intensidad, FCC-ee, como primer paso, requiere una fase preparatoria de casi 8 años, seguida de la fase de construcción (toda la infraestructura civil y técnica, máquinas y detectores, incluyendo la puesta en marcha) que durará 10 años. Se proyecta una duración de 15 años para la operación posterior de las instalaciones del FCC-ee, para completar el programa de física actualmente previsto. Esto hace un total de casi 35 años para la construcción y operación del FCC-ee.
FCC-hh (protón/protón e ión/ión)
Un futuro colisionador de hadrones de alta energía podrá descubrir portadores de fuerza de nuevas interacciones hasta masas de alrededor de 30 TeV, si es que existen. La mayor energía de colisión extiende el rango de búsqueda de partículas de materia oscura mucho más allá de la región de TeV, mientras que se pueden buscar compañeros supersimétricos de quarks y gluones a masas de hasta 15-20 TeV y la búsqueda de una posible subestructura dentro de los quarks puede extenderse hasta escalas de distancia de 10⁻²¹ m . Debido a la mayor energía y tasa de colisión , se producirán miles de millones de bosones de Higgs y billones de quarks top, lo que creará nuevas oportunidades para el estudio de desintegraciones raras y física de sabores.
Un colisionador de hadrones también extenderá el estudio de las interacciones entre el bosón de Higgs y los bosones de gauge a energías muy superiores a la escala de TeV, lo que proporcionará una forma de analizar en detalle el mecanismo subyacente a la ruptura de la simetría electrodébil.
En las colisiones de iones pesados, el colisionador FCC-hh permite explorar la estructura colectiva de la materia en condiciones de densidad y temperatura más extremas que antes. [ 16 ] [ 17 ]
Finalmente, FCC-eh amplía la versatilidad del programa de investigación que ofrece esta nueva instalación. Con la enorme energía que proporciona el haz de protones de 50 TeV y la disponibilidad potencial de un haz de electrones con una energía del orden de 60 GeV, se abren nuevos horizontes para la física de la dispersión inelástica profunda . El colisionador FCC-he sería tanto una fábrica de Higgs de alta precisión [ 18 ] como un potente microscopio que podría descubrir nuevas partículas, estudiar las interacciones quark/gluón y examinar posibles subestructuras adicionales de la materia en el universo.
En el escenario integrado del FCC, la fase preparatoria para el colisionador de hadrones de frontera energética, FCC-hh, comenzará en la primera mitad de la fase operativa del FCC-ee. Tras la finalización de la operación del FCC-ee, se llevará a cabo el desmontaje de la maquinaria, actividades limitadas de ingeniería civil y la adaptación de la infraestructura técnica general, seguidas de la instalación y puesta en marcha de la maquinaria y los detectores del FCC-hh, lo que tomará un total de aproximadamente 10 años. Se proyecta una duración de 25 años para la operación posterior de la instalación FCC-hh, lo que resulta en un total de 35 años para la construcción y operación del FCC-hh.
La implementación por etapas ofrece un plazo de 20 a 30 años para la investigación y el desarrollo de tecnologías clave para el FCC-hh. Esto podría permitir considerar tecnologías alternativas, como imanes superconductores de alta temperatura, y debería conducir a mejores parámetros y menores riesgos de implementación, en comparación con la construcción inmediata tras el HL-LHC.
LHC de alta energía
Un colisionador de hadrones de alta energía, ubicado en el mismo túnel pero utilizando nuevos imanes dipolares de 16 T de clase FCC-hh, podría extender la frontera energética actual casi al doble (energía de colisión de 27 TeV) y se espera que proporcione una luminosidad integrada al menos tres veces mayor que la del HL-LHC. Esta máquina podría ofrecer la primera medición del autoacoplamiento del bosón de Higgs y producir partículas directamente a tasas significativas a escalas de hasta 12 TeV, casi duplicando el alcance de descubrimiento del HL-LHC para nueva física. El proyecto reutiliza la infraestructura subterránea existente del LHC y gran parte de la cadena de inyectores en el CERN.
Se supone que el HE-LHC albergará dos puntos de interacción de alta luminosidad (IP 1 y 5) en las ubicaciones de los experimentos actuales ATLAS y CMS , mientras que podría albergar dos experimentos secundarios combinados con inyección, como en el LHC actual.
El HE-LHC podría suceder directamente al HL-LHC y proporcionar un programa de investigación de unos 20 años más allá de mediados del siglo XXI.
Tecnologías
Dado que el desarrollo de un acelerador de partículas de próxima generación requiere nueva tecnología, el estudio de la FCC ha analizado los equipos y máquinas necesarios para la realización del proyecto, teniendo en cuenta la experiencia de proyectos de aceleradores pasados y presentes. [ 19 ]
Las bases de estos avances se están sentando en programas de I+D específicos:
- un imán acelerador de campo alto de 16 teslas e investigación relacionada sobre superconductores,
- un sistema de aceleración por radiofrecuencia de 100 MW que puede transferir eficientemente energía de la red eléctrica a los haces,
- una infraestructura criogénica a gran escala y de alta eficiencia para enfriar los componentes superconductores del acelerador y los sistemas de refrigeración asociados.
Para un funcionamiento fiable, sostenible y eficiente, se necesitan numerosas tecnologías de diversos campos (física de aceleradores, imanes de alto campo, criogenia, vacío, ingeniería civil, ciencia de los materiales, superconductores, etc.).
Tecnologías magnéticas
Los imanes superconductores de alto campo son una tecnología clave para el desarrollo de un colisionador de hadrones de última generación. Para dirigir un haz de 50 TeV a través de un túnel de 100 km, se necesitarán dipolos de 16 teslas, el doble de la intensidad del campo magnético del LHC.
Los principales objetivos de la I+D sobre imanes dipolares de Nb₃Sn de 16 T para un acelerador de partículas grande son demostrar la viabilidad de este tipo de imanes con la calidad necesaria para un acelerador y garantizar un rendimiento adecuado a un coste asequible. Por lo tanto, los objetivos son llevar el rendimiento del conductor más allá de los límites actuales, reducir el margen requerido en la línea de carga, con la consiguiente reducción del uso del conductor y del tamaño del imán, y elaborar un diseño de imán optimizado que maximice el rendimiento en relación con el coste. [ 20 ] [ 21 ]
El objetivo de la investigación y el desarrollo de imanes es ampliar el rango de funcionamiento de los imanes de aceleradores basados en superconductores de baja temperatura (LTS) hasta 16 T y explorar los desafíos tecnológicos inherentes al uso de superconductores de alta temperatura (HTS) para imanes de aceleradores en el rango de 20 T.
Cavidades de radiofrecuencia superconductoras
Los haces que se mueven en un acelerador circular pierden un porcentaje de su energía debido a la radiación sincrotrón : hasta un 5 % por vuelta para electrones y positrones, mucho menos para protones e iones pesados. Para mantener su energía, un sistema de cavidades de radiofrecuencia proporciona constantemente hasta 50 MW a cada haz. El estudio de la FCC ha lanzado líneas de I+D dedicadas a una nueva tecnología de recubrimiento de película delgada superconductora que permitirá que las cavidades de RF operen a temperaturas más altas (CERN, Courier, abril de 2018), [ 22 ] [ 23 ] reduciendo así el requerimiento eléctrico para criogenia, y disminuyendo el número de cavidades necesarias gracias a un aumento en el gradiente de aceleración. Una actividad de I+D en curso, llevada a cabo en estrecha cooperación con la comunidad de colisionadores lineales, tiene como objetivo aumentar la eficiencia máxima de los klistrones del 65 % a más del 80 %. Las cavidades aceleradoras de Nb- Cu de alta temperatura y alto gradiente , junto con las fuentes de alimentación de RF de alta eficiencia, podrían encontrar numerosas aplicaciones en otros campos.
Criogenia
La licuefacción de gases es una operación de alta intensidad energética en la tecnología criogénica . Los futuros colisionadores de leptones y hadrones utilizarían intensivamente dispositivos superconductores de baja temperatura, que operarían a 4,5 K y 1,8 K, lo que requeriría una distribución, recuperación y almacenamiento a gran escala de fluidos criogénicos.
En consecuencia, los sistemas criogénicos que deben desarrollarse corresponden a sistemas que duplican o cuadruplican los actualmente en funcionamiento y requieren mayor disponibilidad y máxima eficiencia energética . Se prevé que cualquier mejora futura en criogenia tenga amplias aplicaciones en técnicas de diagnóstico por imagen médica.
El sistema de vacío criogénico para el haz de un colisionador de hadrones de última generación debe absorber una energía de 50 W por metro a temperaturas criogénicas. Para proteger el orificio frío del imán de la carga térmica, el sistema de vacío debe ser resistente a los efectos de la nube de electrones, altamente robusto y estable en condiciones de extinción de la superconductividad.
También debería permitir una retroalimentación rápida en presencia de efectos de impedancia. Es necesario desarrollar nuevos materiales compuestos para lograr estas propiedades termomecánicas y eléctricas únicas para los sistemas de colimación . Dichos materiales podrían complementarse con la investigación actual del recubrimiento NEG de película delgada que se utiliza en la superficie interna de las cámaras de vacío de cobre.
Colimación
Un colisionador de hadrones de 100 TeV requiere colimadores eficientes y robustos, ya que se espera un fondo hadrónico de 100 kW en los puntos de interacción. Además, se necesitan sistemas de control rápidos y auto-adaptativos con espacios de colimación submilimétricos para evitar daños irreversibles en la máquina y gestionar los 8,3 GJ almacenados en cada haz.
Para abordar estos desafíos, el estudio FCC busca diseños que puedan soportar grandes cargas de energía con una deformación transitoria aceptable y sin daños permanentes. Se investigarán nuevos materiales compuestos con propiedades termomecánicas y eléctricas mejoradas en colaboración con los programas FP7 HiLumi LHC DS y EuCARD2.
Plazo
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, con su mejora de alta luminosidad, es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo y se espera que funcione hasta 2036. Se han presentado varias propuestas para una infraestructura de investigación posterior al LHC en física de partículas, que incluyen máquinas lineales y circulares.
El estudio de la FCC explora diferentes escenarios para colisionadores de partículas circulares ubicados en un nuevo túnel de 100 km de circunferencia, siguiendo la tradición del LEP y el LHC , ambos ubicados en el mismo túnel de 27 km de circunferencia. Un plazo de 30 años es apropiado para el diseño y la construcción de un gran complejo de aceleradores y detectores de partículas.
La experiencia de la operación de LEP y LHC y la oportunidad de probar nuevas tecnologías en el LHC de alta luminosidad proporcionan una base para evaluar la viabilidad de un acelerador de partículas posterior al LHC. En 2018, la colaboración FCC publicó el Informe de Diseño Conceptual (CDR) de cuatro volúmenes [ 13 ] como aporte a la próxima Estrategia Europea para la Física de Partículas. [ 4 ] Los cuatro volúmenes se centran en: (a) "Vol. 1 Oportunidades en Física"; [ 24 ] (b) "Vol. 2 FCC-ee: El colisionador de leptones"; [ 25 ] (c) "Vol. 3 FCC-hh: El colisionador de hadrones"; [ 26 ] y (d) "Vol. 4 El LHC de Alta Energía". [ 27 ]
Organización
El estudio FCC, auspiciado por el CERN, es una colaboración internacional de 135 institutos de investigación y universidades y 25 socios industriales de todo el mundo.
El estudio de la FCC se puso en marcha a raíz de la recomendación formulada en la actualización de la Estrategia Europea para la Física de Partículas de 2013, adoptada por el consejo del CERN . El estudio está dirigido por tres órganos: el Consejo de Colaboración Internacional (ICB), el Comité Directivo Internacional (ISC) y el Comité Asesor Internacional (IAC).
El Comité Interinstitucional de Coordinación (CIC) evalúa las necesidades de recursos del estudio y busca coincidencias dentro de la colaboración. De esta manera, canaliza las contribuciones de los participantes con el objetivo de crear una red de aportaciones geográficamente equilibrada y temáticamente complementaria. El Comité de Coordinación Interinstitucional (CCI) es el órgano supervisor y principal responsable de la ejecución del estudio y actúa en nombre de la colaboración.
El ISC es responsable de la correcta ejecución e implementación de las decisiones del ICB, definiendo y formulando el alcance estratégico, los objetivos individuales y el programa de trabajo del estudio. Su labor se ve facilitada por el Grupo de Coordinación, principal órgano ejecutivo del proyecto, que coordina los distintos paquetes de trabajo y gestiona el estudio en el día a día.
Finalmente, el IAC revisa el progreso científico y técnico del estudio y presentará recomendaciones científicas y técnicas al Comité Directivo Internacional para ayudar y facilitar las decisiones técnicas importantes.
Financiación filantrópica
En diciembre de 2025, el CERN anunció que filántropos del sector privado, liderados por los magnates de las telecomunicaciones e internet Yuri Milner y Eric Schmidt (a través de la Breakthrough Prize Foundation y el Schmidt Innovation Fund), junto con John Elkann y Xavier Niel, habían prometido 860 millones de euros (mil millones de dólares estadounidenses) para financiar la candidatura del CERN a la aprobación del FCC por parte de sus estados miembros. Los filántropos argumentaron que el FCC aportaría no solo nuevos conocimientos sobre el Modelo Estándar, sino también un profundo impacto en las nuevas tecnologías. El CERN afirmó que esta promesa era la primera de su tipo en la historia de la institución. En ese momento, se esperaba que la aprobación tuviera lugar en 2028. [ 28 ] [ 29 ]
Crítica
El acelerador de partículas propuesto por la FCC ha sido criticado por sus costos, y se proyecta que el costo de la variante del colisionador de hadrones de frontera energética (FCC-hh) de este proyecto supere los 20 mil millones de dólares estadounidenses. [ 30 ]
La física, autora y creadora de contenido Sabine Hossenfelder [ 32 ] criticó un video promocional relevante por describir una amplia gama de problemas abiertos en física, a pesar de que el acelerador probablemente solo tendrá el potencial de resolver una pequeña parte de ellos. Ella señaló que ( a partir de 2019) no hay "ninguna razón para que los nuevos efectos físicos, como las partículas que componen la materia oscura, deban ser accesibles en el próximo colisionador más grande". [ 33 ] [ 34 ]
La respuesta a esta crítica provino tanto de la comunidad de físicos como de filósofos e historiadores de la ciencia que enfatizaron el potencial exploratorio de cualquier futuro colisionador a gran escala. [ 35 ] Una discusión física detallada se incluye en el primer volumen del Informe de Diseño Conceptual de la FCC. Gian Giudice , jefe del Departamento de Física Teórica del CERN escribió un artículo sobre el "Futuro de los colisionadores de alta energía" [ 36 ] mientras que otros comentarios provinieron de Jeremy Bernstein , Lisa Randall , James Beacham , [ 37 ] Harry Cliff [ 38 ] [ 39 ] y Tommaso Dorigo [ 40 ] [ 41 ] entre otros. En una reciente entrevista para el CERN Courier , el teórico Nima Arkani-Hamed describió el objetivo experimental concreto para un colisionador posterior al LHC: «Si bien no hay ninguna garantía de que produzcamos nuevas partículas, sin duda pondremos a prueba nuestras leyes actuales en los entornos más extremos que jamás hayamos explorado. Sin embargo, medir las propiedades del bosón de Higgs garantiza la respuesta a algunas preguntas cruciales. [...] Una fábrica de Higgs responderá de forma decisiva a esta pregunta mediante mediciones precisas del acoplamiento del Higgs con una gran cantidad de otras partículas en un entorno experimental muy limpio». [ 42 ] Además, ha habido algunas respuestas filosóficas a este debate, sobre todo una de Michela Massimi que enfatizó el potencial exploratorio de los futuros colisionadores: «La física de altas energías ejemplifica maravillosamente una forma diferente de pensar sobre el progreso, donde el progreso se mide descartando posibilidades vivas, excluyendo con un alto nivel de confianza (95%) ciertos escenarios físicamente concebibles y mapeando de esta manera el espacio de lo que podría ser objetivamente posible en la naturaleza. El 99,9% del tiempo así es como progresa la física y en el tiempo restante alguien recibe un Premio Nobel por descubrir una nueva partícula». [ 43 ]
Estudios para colisionadores lineales
Se ha aprobado una actualización de alta luminosidad del LHC (HL-LHC) para extender su vida útil hasta mediados de la década de 2030. Esta actualización facilitará la detección de procesos poco frecuentes y mejorará las mediciones estadísticas.
El estudio del Futuro Colisionador Circular complementa estudios previos sobre colisionadores lineales. El Colisionador Lineal Compacto (CLIC) se lanzó en 1985 en el CERN. [ 44 ] CLIC examina la viabilidad de un colisionador de leptones (electrones/positrones) de alta energía (hasta 3 TeV) y alta luminosidad.
El Colisionador Lineal Internacional es similar al proyecto CLIC y está diseñado para tener una energía de colisión de 500 GeV. Presentó su Informe de Diseño Técnico en 2013. [ 45 ] En 2013, los dos estudios formaron una alianza organizativa, la Colaboración del Colisionador Lineal (LCC), para coordinar e impulsar el trabajo de desarrollo global de un colisionador lineal. [ 46 ]
Véase también
- Colisionador circular de electrones y positrones : un colisionador circular propuesto en China.
- Colisionador lineal compacto : un acelerador lineal de partículas posterior al LHC propuesto en el CERN.
- Colisionador Lineal Internacional : un acelerador lineal de partículas propuesto en Japón.
- Supercolisionador Superconductor : un proyecto estadounidense de colisionador circular con una circunferencia de 87 km, abandonado en 1993.
Referencias
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- ↑ Benedikt, M.; Zimmermann, F. (Primavera de 2015). "Estudio del Futuro Colisionador Circular (FCC)" . Boletín informativo de FIP . Consultado el 4 de julio de 2018 .
- ↑ "El futuro colisionador circular" . 13 de junio de 2023.
- 1 2 https://cds.cern.ch/record/2651300/files/CERN-ACC-2018-0058.pdf pág. 248, Los parámetros del haz dan GJ de energía total en función del número de protones por paquete y el número de paquetes [10,400] en FCC-hh: https://www.wolframalpha.com/input/?i=10400*1.0*(10%5E11)*100*(10%5E12)*1.602*(10%5E-19)
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Enlaces externos
- Sitio web oficial
- Instalaciones de física de partículas
- Aceleradores de partículas propuestos
- Estudios del acelerador de partículas del CERN