Teilchenbeschleuniger Future Circular Collider: CERN stellt Konzept für LHC-Nachfolger vor
Die Ausmaße des FCC wären gigantisch.
(Bild: CERN)
Der LHC in Genf ist der größte Teilchenbeschleuniger der Welt – hier wurde das Higgs-Boson gefunden. Das CERN will bald einen noch größeren Collider bauen.
Die Europäische Organisation für Kernforschung CERN hat ein Konzept für einen Nachfolger des weltgrößten Teilchenbeschleunigers LHC (Large Hadron Collider) vorgestellt. Der Future Circular Collider (FCC) soll mit einem Umfang von 100 Kilometer fast so breit sein wie das Genfer Becken und vier Mal so lang wie der LHC. Darin beschleunigte Teilchen könnten eine Energie von bis zu 100 TeV (Teraelektronenvolt) erreichen, deutlich mehr als die 13 TeV des inzwischen abgeschlossenen zweiten Laufs am LHC. Dort laufen derweil die Vorbereitungen für eine Kollisionsenergie von 14 TeV.
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Fundament der Teilchenphysik im 21. Jahrhundert
Als Preis für das riesige wissenschaftliche Experiment veranschlagen die Forscher [2] neun Milliarden Euro – inklusive der fünf Milliarden Euro für das Graben des Tunnels. Dafür würde dann erst einmal der weltgrößte Beschleuniger für Elektronen-Positronen-Kollisionen eingerichtet werden, ähnlich wie der Large Electron-Positron Collider (LEP) dem LHC voran ging. Im FCC-ee würden Energien zwischen 90 und 360 GeV (Gigaelektronenvolt) erreicht – im LEP waren es 209 GeV. Ungefähr ab 2040 könnte die weltweite Forschungsgemeinde 15 bis 20 Jahre von diesem Beschleuniger profitieren.
Wie schon beim LHC könnte dann später im gleichen Tunnel ein Hadronen-Beschleuniger eingerichtet werden, heißt es in dem Konzept. Am FCC-hh könnten dann jene 100 TeV Kollisionsenergie erreicht werden, die mehr als sieben mal so groß wären wie an der finalen Ausbaustufe des LHC. Die Kosten, um dieses Experiment einzurichten, beziffern die Forscher mit weiteren 15 Milliarden Euro. In den späten 2050er-Jahren könnte dieser Teilchenbeschleuniger seine Arbeit aufnehmen, meinen sie.
Die Planungen für die Kernforschung nach dem LHC waren 2014 angestoßen worden [5] und umfassen neben dem ringförmigen FCC auch den Linearbeschleuniger CLIC (Compact Linear Collider). Dort soll bei Kollisionen von Leptonen eine Energie von mehr als 3 TeV erreicht werden, auch deutlich mehr als bei den bislang größten Experimenten dieser Art. Wegen der unterschiedlichen Teilchentypen, die dabei kollidieren, können die Kollisionsenergien der Geräte immer nur mit denen an gleichartigen Geräten gegenübergestellt werden.
Pläne für den Future Circular Collider (FCC) (0 Bilder) [6]
Noch viele ungeklärte Fragen
Am FCC wollen die Forscher unter anderem untersuchen, wie das Higgs-Boson mit anderen Higgs-Teilchen interagiert. Das Teilchen war am LHC entdeckt worden [8], wofür es nicht zuletzt den Physik-Nobelpreis gab. Außerdem soll der Higgs-Mechanismus und seine Rolle in der Geschichte des Universums gründlich erforscht werden. Die bislang unerreichten Energien würde auch die Entdeckung neuer Teilchen ermöglichen, sind sich die Forscher sicher. Ungeklärt sei außerdem, woraus die Dunkle Materie besteht, wieso es mehr Materie als Antimaterie gibt, wie Neutrinos ihre Masse erhalten und wie stabile Materie gebildet wurde.
Von den Vorbereitungen des Future Circular Colliders erhofft sich das Kernforschungszentrum in Genf eine nahtlose Fortführung des ambitionierten Teilchenphysikprograms nach dem Ende der Ära des LHC. Insgesamt haben an dem nun vorgelegten Konzept mehr als 1300 Menschen von 150 Forschungseinrichtungen mitgearbeitet, Unterstützung habe es unter anderem von der Europäischen Kommission gegeben. (mho [9])
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[2] https://home.cern/news/press-release/accelerators/international-collaboration-publishes-concept-design-post-lhc
[3] https://www.heise.de/hintergrund/Missing-Link-Vom-Wert-des-LHC-Vor-dem-Wissen-muss-man-schaetzen-und-suchen-4244391.html
[4] https://www.heise.de/hintergrund/Missing-Link-Vom-Wert-des-LHC-Vor-dem-Wissen-muss-man-schaetzen-und-suchen-4244391.html
[5] https://www.heise.de/news/Teilchenbeschleuniger-CERN-beginnt-Planung-eines-LHC-Nachfolgers-2106837.html
[6] https://www.heise.de/bilderstrecke/2580643.html?back=4278299;back=4278299
[7] https://www.heise.de/bilderstrecke/2580643.html?back=4278299;back=4278299
[8] https://www.heise.de/news/Higgs-Boson-CERN-weist-neues-Elementarteilchen-nach-1631922.html
[9] mailto:mho@heise.de
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