मानक मॉडेल ज्या खुल्या प्रश्नांची उत्तरे शोधत आहे (जसे की, कोणते मूलभूत कण गडद पदार्थ बनवतात, पदार्थ विश्वावर का वर्चस्व गाजवतात आणि पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता का आहे, गुरुत्वाकर्षणासाठी बल कण म्हणजे काय, गडद ऊर्जा, न्यूट्रिनो वस्तुमान इ.) ज्यांचे उत्तर मानक मॉडेल देऊ शकत नाही, त्यांना मानक मॉडेलच्या पलीकडे पाहण्याची आणि मानक मॉडेल कणांशी खूप कमकुवतपणे संवाद साधणाऱ्या नवीन, हलक्या कणांच्या संभाव्य अस्तित्वाचा शोध घेण्याची आवश्यकता असू शकते, तसेच विद्यमान LHC सुविधेच्या आवाक्याबाहेरील नवीन, जड कणांच्या अस्तित्वाचा शोध घेण्याची आवश्यकता असू शकते. प्रस्तावित फ्युचर सर्कुलर कोलायडर (FCC) मुळे मानक मॉडेलच्या पलीकडे अशा मूलभूत कणांच्या अस्तित्वाचा शोध घेणे शक्य होईल. CERN कौन्सिलने आता FCC व्यवहार्यता अभ्यास अहवालाची तपासणी केली आहे. CERN कौन्सिलकडून FCC बांधणीबाबत अंतिम निर्णय २०२८ च्या सुमारास अपेक्षित आहे. मंजूर झाल्यास, FCC चे बांधकाम २०३० च्या दशकात सुरू होऊ शकते. जिनेव्हा जवळील LHC सारख्याच ठिकाणी जमिनीपासून सुमारे २०० मीटर खाली स्थित त्याचा परिघ सुमारे १०० किमी असेल. हे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) नंतर येईल, ज्याचे कार्य २०४१ मध्ये संपणार आहे. FCC दोन टप्प्यात राबविले जाईल. पहिला टप्पा, FCC-ee हा हलक्या कणांच्या शोधासाठी अचूक मोजमापांसाठी इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कोलायडर असेल, जो २०४० च्या दशकाच्या उत्तरार्धापासून १५ वर्षांचा संशोधन कार्यक्रम देईल. हा टप्पा पूर्ण झाल्यावर, त्याच बोगद्यात दुसरे मशीन, FCC-hh (उच्च ऊर्जा) कार्यान्वित केले जाईल. दुसऱ्या टप्प्याचे उद्दिष्ट जड कणांच्या शोधासाठी १०० TeV (LHC च्या १३ TeV पेक्षा खूपच जास्त) टक्कर ऊर्जा मिळवणे आहे. हा टप्पा २०७० मध्ये कार्यरत होईल आणि २१ व्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत चालेल.
६-७ नोव्हेंबर २०२५ रोजी, CERN कौन्सिलने (CERN च्या सदस्य आणि सहयोगी सदस्य देशांमधील प्रतिनिधींचा समावेश असलेल्या) प्रस्तावित फ्युचर सर्क्युलर कोलायडर (FCC) साठी व्यवहार्यता अभ्यासाच्या निकालांचा आढावा घेतला.
यापूर्वी, CERN ने CERN च्या सदस्य आणि सहयोगी सदस्य राज्यांमधील आणि त्यापुढील संस्थांच्या सहकार्याने फ्युचर सर्क्युलर कोलायडर (FCC) च्या व्यवहार्यतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक अभ्यास केला होता. हा अहवाल ३१ मार्च २०२५ रोजी जारी करण्यात आला होता ज्याचा CERN कौन्सिलच्या अधीनस्थ संस्थांनी आढावा घेतला होता. स्वतंत्र तज्ञ समित्यांनी देखील अहवालाचे पुनरावलोकन केले होते, ज्यामध्ये असे म्हटले होते की सादर केलेल्या कागदपत्रांच्या आधारे FCC तांत्रिकदृष्ट्या व्यवहार्य दिसते.
CERN कौन्सिलच्या प्रतिनिधींनी आता ६-७ नोव्हेंबर २०२५ रोजी झालेल्या एका समर्पित बैठकीत FCC व्यवहार्यता अभ्यास अहवालाचे परीक्षण केले आहे आणि असा निष्कर्ष काढला आहे की व्यवहार्यता अभ्यास FCC अभ्यास सुरू ठेवण्यासाठी आधार प्रदान करतो. मे २०२६ मध्ये CERN कौन्सिलकडून FCC ला मंजुरी मिळण्याच्या शक्यतेकडे हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे, जेव्हा सर्व शिफारसी विचारार्थ त्यांच्यासमोर सादर केल्या जातील. CERN कौन्सिलकडून FCC च्या बांधकामाबाबत अंतिम निर्णय २०२८ च्या आसपास अपेक्षित आहे.
फ्युचर सर्क्युलर कोलायडर (FCC) हे CERN मधील प्रस्तावित पुढच्या पिढीतील पार्टिकल कोलायडरपैकी एक आहे. ते लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) ची जागा घेईल अशी अपेक्षा आहे, जे २०४१ मध्ये त्याच्या ऑपरेशनच्या समाप्तीला पोहोचेल. CERN सध्या CERN चा सध्याचा वर्कहॉर्स असलेल्या LHC ची जागा घेईल असा पुढील कोलायडर ओळखण्याचे काम करत आहे.
२००८ मध्ये सुरू झालेले, लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) हे २७ किमी परिघाचे वर्तुळाकार कोलायडर आहे आणि ते जिनेव्हाजवळ जमिनीपासून १०० मीटर खाली आहे. सध्या, ते जगातील सर्वात मोठे आणि सर्वात शक्तिशाली कोलायडर आहे जे १३ टेराइलेक्ट्रॉनव्होल्ट (TeV) च्या उर्जेने टक्कर निर्माण करते जे आतापर्यंतच्या प्रवेगकाने पोहोचलेली सर्वोच्च ऊर्जा आहे. ते हॅड्रॉनला प्रकाशाच्या वेगाने गती देते, नंतर सुरुवातीच्या विश्वाच्या परिस्थितीची नक्कल करून त्यांना टक्कर देते.
| कण प्रवेगक/कोलायडर हे अगदी सुरुवातीच्या विश्वाच्या खिडक्या आहेत. |
| "अत्यंत सुरुवातीचे विश्व" म्हणजे विश्वाच्या सुरुवातीच्या टप्प्याचा (बिग बँग नंतर लगेचच पहिले तीन मिनिटे) संदर्भ, जेव्हा ते अत्यंत उष्ण होते आणि विश्व पूर्णपणे किरणोत्सर्गाने व्यापलेले होते. प्लँक युग हा किरणोत्सर्ग युगाचा पहिला युग आहे जो महास्फोटापासून ते १०.५० पर्यंत चालला.-43 s 10 च्या तापमानासह32 K, या काळात विश्व अतिशय उष्ण होते. प्लँक युगानंतर क्वार्क, लेप्टन आणि न्यूक्लियर युग आले; हे सर्व अल्पकालीन होते परंतु त्यांचे तापमान अत्यंत उच्च होते जे विश्वाच्या विस्ताराबरोबर हळूहळू कमी होत गेले. विश्वाच्या या सुरुवातीच्या टप्प्याचा थेट अभ्यास करणे शक्य नाही. कण प्रवेगकांमध्ये विश्वाच्या या टप्प्याची परिस्थिती पुन्हा निर्माण करणे शक्य आहे. प्रवेगक/टक्करांमध्ये कणांच्या टक्करांमुळे निर्माण होणारा डेटा अगदी सुरुवातीच्या विश्वाची अप्रत्यक्ष विंडो देतो. कण भौतिकशास्त्रात कोलायडर हे खूप महत्वाचे संशोधन साधन आहेत. ही वर्तुळाकार किंवा रेषीय यंत्रे आहेत जी कणांना प्रकाशाच्या वेगाच्या अगदी जवळ खूप जास्त वेगाने गती देतात आणि त्यांना विरुद्ध दिशेने येणाऱ्या दुसऱ्या कणाशी किंवा लक्ष्याशी टक्कर देण्यास अनुमती देतात. या टक्करांमुळे ट्रिलियन केल्विनच्या क्रमाने अत्यंत उच्च तापमान निर्माण होते (किरणोत्सर्ग युगाच्या सुरुवातीच्या काळात असलेल्या परिस्थितींसारखेच). टक्कर देणाऱ्या कणांची ऊर्जा जोडली जाते त्यामुळे टक्कर ऊर्जा जास्त असते. वस्तुमान-ऊर्जा सममितीनुसार अगदी सुरुवातीच्या विश्वात अस्तित्वात असलेल्या कणांच्या स्वरूपात टक्कर ऊर्जा पदार्थात रूपांतरित होते. उदाहरणार्थ, जेव्हा उपअणु कण इलेक्ट्रॉन त्यांच्या पदार्थ-विरोधी भागीदार पोझिट्रॉनशी टक्कर देतात तेव्हा पदार्थ आणि पदार्थ-विरोधी नष्ट होतात आणि ऊर्जा सोडली जाते. सोडलेल्या उर्जेमधून विविध प्रकारचे नवीन प्राथमिक कण घनरूप होतात. नवीन कण हिग्ज बोसॉन किंवा टॉप क्वार्क असू शकतात, जे पदार्थाचे खूप जड प्रकारचे उपअणु बिल्डिंग ब्लॉक आहेत. कदाचित, गडद पदार्थाचे कण आणि सुपरसिमेट्रिक कण देखील, जे अद्याप शोधलेले नाही. अगदी सुरुवातीच्या विश्वात अस्तित्वात असलेल्या परिस्थितीत उच्च ऊर्जा कणांमधील अशा परस्परसंवादांमुळे त्या काळातील अन्यथा दुर्गम जगाची झलक मिळते आणि टक्करांच्या उप-उत्पादनांचे विश्लेषण मूलभूत कणांबद्दलची आपली समज समृद्ध करते आणि भौतिकशास्त्राचे नियम समजून घेण्याचा मार्ग प्रदान करते. अगदी सुरुवातीच्या विश्वाच्या अभ्यासासाठी कण प्रवेगकांचा वापर संशोधन साधने म्हणून केला जातो. हॅड्रॉन कोलायडर (विशेषतः CERN चे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर LHC) आणि इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कोलायडर हे अगदी सुरुवातीच्या विश्वाच्या शोधात आघाडीवर आहेत. लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) मधील ATLAS आणि CMS प्रयोग २०१२ मध्ये हिग्ज बोसॉन शोधण्यात यशस्वी झाले. (स्रोत: "अगदी सुरुवातीच्या विश्वाच्या" अभ्यासासाठी कण टक्कर: मुऑन कोलायडरने प्रात्यक्षिक केले) |
CERN चा हाय-ल्युमिनोसिटी लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (HL – LHC) टक्करांची संख्या वाढवून LHC ची कार्यक्षमता वाढवेल जेणेकरून ज्ञात यंत्रणेचा अधिक तपशीलवार अभ्यास करता येईल. हे २०२९ पर्यंत कार्यान्वित होण्याची शक्यता आहे.
प्रस्तावित फ्युचर सर्कुलर कोलायडर (FCC) हा लार्ज हायड्रॉन कोलायडरच्या तुलनेत उच्च कार्यक्षमता असलेला कण कोलायडर असेल. लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) च्या आवाक्याबाहेरील नवीन, जड कणांचे अस्तित्व आणि मानक मॉडेल कणांशी अतिशय कमकुवतपणे संवाद साधणाऱ्या हलक्या कणांचे अस्तित्व शोधण्यासाठी डिझाइन केलेले, FCC चा परिघ सुमारे 100 किमी असेल जो LHC च्या त्याच स्थानाजवळ जमिनीपासून सुमारे 200 मीटर खाली असेल. मंजूर झाल्यास, FCC चे बांधकाम 2030 मध्ये सुरू होऊ शकते.
FCC दोन टप्प्यात राबविले जाईल. पहिला टप्पा, FCC-ee हा अचूक मोजमापांसाठी इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कोलायडर असेल. २०४० च्या दशकाच्या उत्तरार्धापासून ते १५ वर्षांचा संशोधन कार्यक्रम देईल. हा टप्पा पूर्ण झाल्यावर, दुसरे मशीन, FCC-hh (उच्च ऊर्जा), त्याच बोगद्यात कार्यान्वित केले जाईल. याचा उद्देश १०० TeV टक्कर देणारे हॅड्रॉन (प्रोटॉन) आणि जड आयनांच्या टक्कर उर्जेपर्यंत पोहोचणे आहे. FCC-hh २०७० मध्ये कार्यरत होईल आणि २१ व्या शतकाच्या शेवटपर्यंत चालेल.
एफसीसीची आवश्यकता का आहे? ते कोणत्या उद्देशाने काम करेल?
आपण सर्वजण ज्या सामान्य पदार्थांपासून बनलेलो आहोत त्या सर्व बॅरिओनिक पदार्थांसह संपूर्ण निरीक्षण करण्यायोग्य विश्व हे विश्वाच्या वस्तुमान उर्जेच्या केवळ ४.९% आहे. अदृश्य अंधार पदार्थ २६.८% इतका आहे (तर विश्वाच्या वस्तुमान उर्जेच्या उर्वरित ६८.३% अंधार ऊर्जा आहे). अंधार पदार्थ खरोखर काय आहे हे माहित नाही. कण भौतिकशास्त्राच्या मानक मॉडेल (SM) मध्ये अंधार पदार्थ होण्यासाठी आवश्यक असलेले कोणतेही मूलभूत कण नाहीत. असे मानले जाते की कदाचित मानक मॉडेलमधील कणांचे भागीदार असलेले "सुपरसिमेट्रिक कण" अंधार पदार्थ बनवतात. किंवा कदाचित अंधार पदार्थाचे समांतर जग आहे. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), axions किंवा sterile neutrinos हे "Beyond the Standard Model" (BSM) गृहीतकित कण आहेत जे आघाडीचे उमेदवार आहेत. तथापि, अशा कोणत्याही कणांच्या शोधात अद्याप यश आलेले नाही. इतर अनेक खुले प्रश्न आहेत (जसे की द्रव्य-प्रतिपदार्थ विषमता, गुरुत्वाकर्षण, अंधार ऊर्जा, न्यूट्रिनोमास इ.) ज्यांची उत्तरे मानक मॉडेल देऊ शकत नाही. तसेच, २०१२ मध्ये लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर (LHC) येथे ATLAS आणि CMS प्रयोगांद्वारे हिग्स बोसॉनचा शोध लागल्यानंतर विश्वाच्या उत्क्रांतीमध्ये हिग्स क्षेत्राच्या भूमिकेवर विचारविनिमय सुरू झाला.
वरील खुल्या प्रश्नांची संभाव्य उत्तरे कण भौतिकशास्त्राच्या मानक मॉडेलच्या पलीकडे आहेत. मानक मॉडेल कणांशी खूप कमकुवतपणे संवाद साधणाऱ्या नवीन, हलक्या कणांच्या अस्तित्वाचा शोध घेण्याची आवश्यकता असू शकते. यासाठी मोठ्या प्रमाणात डेटा संकलन आणि अशा कणांच्या उत्पादनाच्या सिग्नलसाठी खूप उच्च संवेदनशीलता आवश्यक असेल जी FCC च्या पहिल्या टप्प्याच्या कार्यक्षेत्रात आहे, म्हणजेच FCC-ee (परिशुद्धता मापन). उच्च-ऊर्जा सुविधांची आवश्यकता असलेल्या नवीन, जड कणांच्या अस्तित्वाचा शोध घेणे देखील अत्यावश्यक आहे. FCC-hh (उच्च ऊर्जा), FCC चा दुसरा टप्पा 100 TeV च्या टक्कर उर्जेपर्यंत पोहोचण्याचे उद्दिष्ट ठेवतो (जो LHC च्या 13 TeV पेक्षा खूप जास्त आहे). पहिल्या टप्प्यातील इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन (e+e-) कोलायडरच्या आकाराबद्दल, वर्तुळाकार आकाराला प्राधान्य दिले गेले आहे (रेषीयतेच्या तुलनेत) कारण वर्तुळाकार आकार चार प्रयोगांपर्यंत उच्च प्रकाशमानता सक्षम करतो आणि त्यानंतरच्या दुसऱ्या टप्प्यातील उच्च-ऊर्जा हॅड्रॉन कोलायडरसाठी पायाभूत सुविधा प्रदान करतो.
***
संदर्भ:
- CERN. प्रेस रिलीज – CERN कौन्सिलने पुढच्या पिढीतील कोलायडरसाठी व्यवहार्यता अभ्यासाचा आढावा घेतला. १० नोव्हेंबर २०२५. येथे उपलब्ध https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. प्रेस रिलीज – CERN ने संभाव्य भविष्यातील सर्क्युलर कोलायडरच्या व्यवहार्यतेबद्दल अहवाल प्रसिद्ध केला. ३१ मार्च २०२५. येथे उपलब्ध. https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- भविष्यातील सर्क्युलर कोलायडरसाठी व्यवहार्यता अभ्यास आता अंतिम टप्प्यात आला आहे. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- भविष्यातील वर्तुळाकार कोलायडर https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- एफसीसी: भौतिकशास्त्र प्रकरण. २७ मार्च २०२४. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
संबंधित लेख:
- "अगदी सुरुवातीच्या विश्वाच्या" अभ्यासासाठी कण टक्कर: मुऑन कोलायडरने प्रात्यक्षिक केले (एक्सएनयूएमएक्स ऑक्टोबर एक्सएनयूएमएक्स)
- CERN ने भौतिकशास्त्रातील वैज्ञानिक प्रवासाची ७० वर्षे साजरी केली (२६ फेब्रुवारी २०१४)
- आपण शेवटी कशाचे बनलेले आहोत? विश्वाचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स काय आहेत? (८ नोव्हेंबर २०२१)
***
FCC वरील काही शैक्षणिक व्हिडिओ:
***
 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}