CERN planuje gigantyczny zderzacz cząstek. Koszt: 19 mld dolarów    

Europejscy fizycy oficjalnie poparli budowę nowego zderzacza cząstek, który miałby zastąpić Wielki Zderzacz Hadronów. Future Circular Collider ma kosztować około 19 mld dolarów i powstać do połowy lat 40. XXI w. Projekt budzi ogromny entuzjazm części środowiska naukowego, ale także pytania o koszty i sens dalszego zwiększania skali eksperymentów w fizyce wysokich energii

Europejska Organizacja Badań Jądrowych zrobiła pierwszy formalny krok w stronę budowy największego akceleratora cząstek w historii. 22 maja Rada CERN zatwierdziła aktualizację Europejskiej Strategii Fizyki Cząstek, wskazując projekt Future Circular Collider (FCC) jako preferowany kierunek rozwoju europejskiej fizyki wysokich energii po zakończeniu pracy Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Nowa maszyna miałaby powstać w gigantycznym, 91-km tunelu wokół Genewy. Dla porównania obecny Large Hadron Collider ma „zaledwie” 27 km długości. Według szacunków opisywanych przez Science koszt pierwszego etapu projektu wyniesie około 15 mld franków szwajcarskich, czyli blisko 19 mld dolarów.

FCC nie byłby jednak pojedynczą maszyną. Plan zakłada dwa kolejne etapy. Najpierw powstałby FCC-ee, czyli zderzacz elektronów i pozytonów. Jego głównym zadaniem byłoby bardzo precyzyjne badanie bozonu Higgsa, odkrytego w CERN w 2012 r. Później, być może w latach 70. XXI w., ten sam tunel miałby zostać wykorzystany przez znacznie potężniejszy zderzacz protonów FCC-hh.

Maszyna do badania bozonu Higgsa

Bozon Higgsa pozostaje jednym z najważniejszych obiektów badań współczesnej fizyki. To właśnie z nim związany jest mechanizm nadawania masy cząstkom elementarnym. Problem polega jednak na tym, że choć LHC potwierdził istnienie tej cząstki, nie przyniósł dotąd równie spektakularnych odkryć wykraczających poza Model Standardowy.

Wielu fizyków liczyło na pojawienie się śladów nowych cząstek lub zjawisk, które mogłyby wyjaśnić naturę ciemnej materii, asymetrię między materią i antymaterią albo połączyć Model Standardowy z grawitacją kwantową. Nic takiego się jednak nie wydarzyło.

Dlatego FCC-ee miałby działać inaczej niż LHC. Obecny akcelerator zderza protony z ogromnymi energiami, ale takie kolizje są bardzo „brudne” z punktu widzenia analizy danych. Proton nie jest cząstką elementarną, lecz zbiorem kwarków i gluonów. Elektrony i pozytony są znacznie prostsze, dzięki czemu fizycy mogą dużo dokładniej analizować wyniki zderzeń.

Nowy akcelerator miałby osiągać energie do 0,365 teraelektronowolta, znacznie mniej niż obecne 13,6 TeV w LHC. Naukowcy podkreślają jednak, że kluczowa byłaby nie sama energia, lecz bezprecedensowa precyzja pomiarów.

„FCC-ee zaoferowałby najszerszy program badawczy w fizyce fundamentalnej, z wyjątkowym potencjałem odkryć” – napisał CERN w oficjalnym komunikacie.

Powrót do strategii sprzed dekad

Plan przypomina historię samego LHC. W latach 80. CERN najpierw zbudował w tym samym tunelu zderzacz LEP, badający elektrony i pozytony. Dopiero później zastąpił go protonowy Wielki Zderzacz Hadronów. FCC miałby powtórzyć ten model w jeszcze większej skali.

CERN argumentuje, że taka infrastruktura jest inwestycją rozpisaną na dziesięciolecia. Tunel odpowiadałby za niemal połowę kosztów pierwszego etapu projektu, dlatego jego późniejsze wykorzystanie przez kolejny akcelerator ma ekonomiczny sens.

Projekt ma także znaczenie polityczne i strategiczne. Europejska fizyka cząstek od lat konkuruje z USA i Chinami o pozycję światowego lidera. Aktualizacja strategii wyraźnie podkreśla, że nowy akcelerator ma utrzymać „europejskie przywództwo w fizyce wysokich energii”.

W praktyce oznacza to również walkę o kompetencje technologiczne, rozwój przemysłu wysokich technologii i wpływ na globalne programy badawcze. CERN przypomina, że przy budowie takich urządzeń rozwijane są technologie wykorzystywane później m.in. w medycynie, informatyce czy elektronice.

Największy problem: pieniądze

Sama decyzja Rady CERN nie oznacza jeszcze rozpoczęcia budowy. Ostateczna decyzja ma zapaść najwcześniej w 2028 r. Do tego czasu CERN musi przedstawić wiarygodny model finansowania projektu i uzyskać polityczne wsparcie państw członkowskich.

To może okazać się najtrudniejszym etapem całego przedsięwzięcia. Według Marka Thomsona, dyrektora generalnego CERN, obecny budżet organizacji pokryłby jedynie około połowy kosztów. Reszta miałaby pochodzić m.in. z Unii Europejskiej, państw partnerskich i prywatnych darczyńców.

Część fizyków otwarcie mówi o ryzyku finansowym. Hitoshi Murayama z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley przyznał w rozmowie z Science, że „jest zdecydowanie zaniepokojony modelem finansowym”. Jak podkreślił, CERN wciąż musi znaleźć dodatkowe miliardy franków szwajcarskich.

Pojawiają się też pytania bardziej fundamentalne. Krytycy projektu zwracają uwagę, że kolejne akceleratory stają się coraz większe, droższe i bardziej skomplikowane, podczas gdy liczba przełomowych odkryć maleje. Zwolennicy odpowiadają jednak, że właśnie dlatego potrzebna jest większa precyzja i nowe narzędzia badawcze.

„Społeczność naukowa jasno wskazała FCC jako preferowane rozwiązanie dla kolejnego dużego projektu CERN” – powiedział Costas Fountas, przewodniczący Rady CERN.

Jeśli projekt zostanie ostatecznie zatwierdzony, budowa nowego tunelu mogłaby rozpocząć się jeszcze w latach 30. XXI w. Sam FCC-ee miałby zacząć działać około połowy lat 40., już po zakończeniu programu badawczego obecnego LHC.

Źródła:

Cho, A. „It’s Official: Europe’s Physicists Plan to Build 91-Kilometer Particle Collider”. Science, 2026. https://www.science.org/content/article/it-s-official-europe-physicists-plan-build-91-kilometer-particle-collider

CERN. „The CERN Council Decided to Update the European Strategy for Particle Physics”. CERN, 2026. https://home.cern/the-cern-council-decided-to-update-the-european-strategy-for-particle-physics/

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi