La ricerca di risposte alle domande aperte (come quali particelle fondamentali costituiscono la materia oscura, perché la materia domina l'universo e perché esiste un'asimmetria materia-antimateria, cos'è una particella di forza per la gravità, l'energia oscura, la massa del neutrino, ecc.) che il Modello Standard non può affrontare, potrebbe richiedere di guardare oltre il Modello Standard ed esplorare la possibile esistenza di nuove particelle più leggere che interagiscono molto debolmente con le particelle del Modello Standard, nonché di esplorare l'esistenza di nuove particelle più pesanti al di fuori della portata dell'attuale struttura LHC. Il proposto Future Circular Collider (FCC) renderebbe possibile la ricerca dell'esistenza di tali particelle fondamentali al di là del Modello Standard. Il Consiglio del CERN ha ora esaminato il rapporto sullo studio di fattibilità dell'FCC. Una decisione definitiva sulla costruzione dell'FCC da parte del Consiglio del CERN è prevista intorno al 2028. Se approvata, la costruzione dell'FCC potrebbe iniziare nel 2030. Avrà una circonferenza di circa 100 km e sorgerà a circa 200 metri sottoterra, vicino alla stessa posizione dell'LHC, vicino a Ginevra. Succederà al Large Hadron Collider (LHC), la cui fine delle operazioni è prevista per il 2041. L'FCC sarà implementato in due fasi. La prima fase, FCC-ee, sarà un acceleratore di elettroni e positroni per misure di precisione finalizzate alla ricerca di particelle più leggere, che offrirà un programma di ricerca di 15 anni a partire dalla fine degli anni '40. Al completamento di questa fase, una seconda macchina, l'FCC-hh (ad alta energia), sarà messa in servizio nello stesso tunnel. La seconda fase mira a raggiungere energie di collisione di 100 TeV (molto superiori ai 13 TeV dell'LHC) per la ricerca di particelle più pesanti. Questa fase sarà operativa negli anni '70 e durerà fino alla fine del XXI secolo.
Il 6 e 7 novembre 2025, il Consiglio del CERN (composto da delegati degli Stati membri e associati del CERN) ha esaminato l'esito dello studio di fattibilità per il proposto Future Circular Collider (FCC).
In precedenza, il CERN ha condotto uno studio per valutare la fattibilità di un Future Circular Collider (FCC) in collaborazione con istituzioni degli Stati membri e associati del CERN e di altri paesi. Il rapporto, pubblicato il 31 marzo 2025, è stato esaminato dagli organi subordinati del Consiglio del CERN. Il rapporto è stato inoltre esaminato dai comitati di esperti indipendenti, che hanno concluso che l'FCC appare tecnicamente fattibile sulla base della documentazione presentata.
I delegati del Consiglio del CERN hanno esaminato il rapporto sullo studio di fattibilità dell'FCC, tenutosi il 6 e 7 novembre 2025 in una riunione dedicata, concludendo che tale studio fornisce la base per il proseguimento degli studi dell'FCC. Questo rappresenta un passo importante verso la possibile approvazione dell'FCC da parte del Consiglio del CERN nel maggio 2026, quando tutte le raccomandazioni saranno presentate al Consiglio per la valutazione. Una decisione definitiva sulla costruzione dell'FCC da parte del Consiglio del CERN è prevista intorno al 2028.
Il Future Circular Collider (FCC) è uno dei nuovi acceleratori di particelle proposti dal CERN. Si prevede che succederà al Large Hadron Collider (LHC), la cui dismissione è prevista per il 2041. Il CERN sta attualmente lavorando per identificare il prossimo acceleratore che succederà all'LHC, attuale cavallo di battaglia del CERN.
Commissionato nel 2008, il Large Hadron Collider (LHC) è un acceleratore circolare con una circonferenza di 27 km, situato a 100 m di profondità vicino a Ginevra. Attualmente, è il più grande e potente acceleratore al mondo, in grado di generare collisioni a un'energia di 13 teraelettronvolt (TeV), la più alta energia mai raggiunta da un acceleratore. Accelera gli adroni fino a velocità prossime a quella della luce, per poi farli collidere imitando le condizioni dell'universo primordiale.
| Gli acceleratori/collisori di particelle sono finestre sull'Universo primordiale |
| "Universo primordiale" si riferisce alla fase primordiale dell'universo (i primi tre minuti subito dopo il Big Bang), quando era estremamente caldo e l'universo era completamente dominato dalla radiazione. L'epoca di Planck è la prima epoca dell'era della radiazione, che durò dal Big Bang a 10 all'43 ottobre s. Con una temperatura di 1032 K, l'universo era estremamente caldo in quest'epoca. L'epoca di Planck fu seguita dalle epoche dei Quark, dei Leptoni e del Nucleare; tutte e tre di breve durata, ma caratterizzate da temperature estremamente elevate che si ridussero gradualmente con l'espansione dell'universo. Lo studio diretto di questa fase primordiale dell'universo non è possibile. Ciò che si può fare è ricreare le condizioni di questa fase dell'universo negli acceleratori di particelle. I dati generati dalle collisioni delle particelle negli acceleratori/collisori offrono una finestra indiretta sull'universo primordiale. Gli acceleratori sono strumenti di ricerca molto importanti nella fisica delle particelle. Si tratta di macchine circolari o lineari che accelerano le particelle a velocità elevatissime, prossime a quella della luce, e permettono loro di collidere con un'altra particella proveniente dalla direzione opposta o con un bersaglio. Le collisioni generano temperature estremamente elevate, nell'ordine di migliaia di miliardi di gradi Kelvin (simili alle condizioni presenti nelle prime epoche dell'era delle radiazioni). Le energie delle particelle in collisione si sommano, quindi l'energia di collisione è maggiore. L'energia di collisione si trasforma in materia sotto forma di particelle che esistevano nell'universo primordiale secondo la simmetria massa-energia. Ad esempio, quando le particelle subatomiche, gli elettroni, collidono con i loro partner di antimateria, i positroni, materia e antimateria si annichilano e viene rilasciata energia. Vari tipi di nuove particelle elementari si condensano dall'energia rilasciata. Nuove particelle potrebbero essere i bosoni di Higgs o i quark top, che sono tipi molto pesanti di elementi costitutivi subatomici della materia. Forse, anche particelle di materia oscura e particelle supersimmetriche, qualcosa che deve ancora essere scoperto. Tali interazioni tra particelle ad alta energia nelle condizioni esistenti nell'universo primordiale aprono finestre sul mondo altrimenti inaccessibile di quel tempo e l'analisi dei sottoprodotti delle collisioni arricchisce la nostra comprensione delle particelle fondamentali e offre un modo per comprendere le leggi che governano la fisica. Gli acceleratori di particelle sono utilizzati come strumenti di ricerca per lo studio dell'universo primordiale. I collisori di adroni (in particolare il Large Hadron Collider LHC del CERN) e i collisori di elettroni-positroni sono in prima linea nell'esplorazione dell'universo primordiale. Gli esperimenti ATLAS e CMS al Large Hadron Collider (LHC) hanno scoperto con successo il bosone di Higgs nel 2012. (Fonte: Collisori di particelle per lo studio dell'“universo primordiale”: dimostrato il collisore di muoni) |
L'High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) del CERN migliorerà le prestazioni dell'LHC aumentando il numero di collisioni per consentire uno studio più approfondito dei meccanismi noti. Dovrebbe essere operativo entro il 2029.
Il proposto Future Circular Collider (FCC) sarebbe un acceleratore di particelle più performante rispetto al Large Hydron Collider. Progettato per esplorare l'esistenza di nuove particelle più pesanti, oltre la portata del Large Hadron Collider (LHC), e l'esistenza di particelle più leggere che interagiscono molto debolmente con le particelle del Modello Standard, l'FCC avrebbe una circonferenza di circa 100 km e si troverebbe a circa 200 metri di profondità, vicino alla stessa posizione dell'LHC. Se approvata, la costruzione dell'FCC potrebbe iniziare nel 2030.
L'FCC verrebbe implementato in due fasi. La prima fase, FCC-ee, sarà un acceleratore di particelle elettroni-positroni per misurazioni di precisione. Offrirà un programma di ricerca di 15 anni a partire dalla fine degli anni 2040. Al completamento di questa fase, una seconda macchina, l'FCC-hh (ad alta energia), verrebbe messa in servizio nello stesso tunnel. L'obiettivo è raggiungere energie di collisione di 100 TeV, facendo collidere adroni (protoni) e ioni pesanti. L'FCC-hh sarà operativo negli anni 2070 e rimarrà in funzione fino alla fine del XXI secolo.
Perché è necessaria la FCC? A cosa servirà?
L'intero universo osservabile, inclusa tutta la materia barionica ordinaria di cui siamo composti, costituisce solo il 4.9% del contenuto di massa ed energia dell'universo. La materia oscura invisibile ne costituisce ben il 26.8% (mentre il restante 68.3% del contenuto di massa ed energia dell'universo è energia oscura). Non si sa cosa sia realmente la materia oscura. Il Modello Standard (SM) della fisica delle particelle non prevede particelle fondamentali con proprietà tali da essere considerate materia oscura. Si pensa che forse le "particelle supersimmetriche", che sono partner delle particelle del Modello Standard, costituiscano la materia oscura. O forse esiste un mondo parallelo di materia oscura. WIMP (particelle massicce debolmente interagenti), assioni o neutrini sterili sono particelle ipotizzate "oltre il Modello Standard" (BSM) che sono i principali candidati. Tuttavia, non si è ancora riusciti a rilevarle. Ci sono molte altre questioni aperte (come l'asimmetria materia-antimateria, la gravità, l'energia oscura, la massa dei neutrini, ecc.) a cui il Modello Standard non può rispondere. Inoltre, il ruolo del campo di Higgs nell'evoluzione dell'universo ha iniziato a essere oggetto di riflessione dopo la scoperta del bosone di Higgs nel 2012 da parte degli esperimenti ATLAS e CMS al Large Hadron Collider (LHC).
Le possibili risposte alle domande aperte di cui sopra vanno oltre il Modello Standard della fisica delle particelle. Potrebbe essere necessario esplorare l'esistenza di nuove particelle più leggere che interagiscono molto debolmente con le particelle del Modello Standard. Ciò richiederà una grande quantità di dati raccolti e un'altissima sensibilità ai segnali di produzione di tali particelle, che rientrano nell'ambito della prima fase dell'FCC, ovvero FCC-ee (misurazione di precisione). È inoltre imperativo esplorare l'esistenza di nuove particelle più pesanti, che richiederanno strutture ad alta energia. L'FCC-hh (alta energia), la seconda fase dell'FCC, mira a raggiungere energie di collisione di 100 TeV (che sono molto più elevate dei 13 TeV dell'LHC). Per quanto riguarda la forma del primo stadio del collisore elettrone-positrone (e+e-), è stata preferita la forma circolare (rispetto a quella lineare) perché consente una maggiore luminosità, fino a quattro esperimenti e offre l'infrastruttura per il successivo collisore di adroni ad alta energia della seconda fase.
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Riferimenti:
- CERN. Comunicato stampa – Il Consiglio del CERN esamina lo studio di fattibilità per un acceleratore di particelle di nuova generazione. 10 novembre 2025. Disponibile su https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Comunicato stampa – Il CERN pubblica un rapporto sulla fattibilità di un possibile Future Circular Collider. 31 marzo 2025. Disponibile su https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- Lo studio di fattibilità per il futuro Circular Collider è ora finalizzato https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Futuro collisore circolare https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: il caso della fisica. 27 marzo 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
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Alcuni video didattici sulla FCC:
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 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}