मानक मोडेलले सम्बोधन गर्न नसक्ने खुला प्रश्नहरू (जस्तै, कुन आधारभूत कणहरूले अँध्यारो पदार्थ बनाउँछन्, पदार्थले ब्रह्माण्डमा किन प्रभुत्व जमाउँछ र पदार्थ-प्रतिपदार्थको असममितता किन छ, गुरुत्वाकर्षणको लागि बल कण के हो, अँध्यारो ऊर्जा, न्यूट्रिनो द्रव्यमान आदि) को उत्तरको खोजीमा, मानक मोडेलभन्दा बाहिर हेर्नु र मानक मोडेल कणहरूसँग धेरै कमजोर रूपमा अन्तरक्रिया गर्ने नयाँ, हल्का कणहरूको सम्भावित अस्तित्वको अन्वेषण गर्नु आवश्यक पर्दछ, साथै अवस्थित LHC सुविधाको पहुँचभन्दा बाहिर नयाँ, भारी कणहरूको अस्तित्वको अन्वेषण गर्नु आवश्यक पर्दछ। प्रस्तावित फ्यूचर सर्कुलर कोलाइडर (FCC) ले मानक मोडेलभन्दा बाहिर त्यस्ता आधारभूत कणहरूको अस्तित्वको खोजी गर्न सम्भव बनाउनेछ। CERN काउन्सिलले अब FCC सम्भाव्यता अध्ययन प्रतिवेदनको जाँच गरेको छ। CERN काउन्सिलद्वारा FCC निर्माणको बारेमा अन्तिम निर्णय २०२८ वरिपरि हुने अपेक्षा गरिएको छ। यदि स्वीकृत भएमा, FCC को निर्माण २०३० को दशकमा सुरु हुन सक्छ। यो जेनेभा नजिकै LHC जस्तै स्थान नजिकै जमिनबाट लगभग २०० मिटर तल अवस्थित लगभग १०० किलोमिटर परिधिमा हुनेछ। यो २०४१ मा सञ्चालनको अन्त्यमा पुग्ने लार्ज ह्याड्रन कोलाइडर (LHC) को उत्तराधिकारी हुनेछ। FCC दुई चरणमा लागू गरिनेछ। पहिलो चरण, FCC-ee हल्का कणहरूको खोजीको लागि सटीक मापनको लागि इलेक्ट्रोन-पोजिट्रोन कोलाइडर हुनेछ, जसले २०४० को दशकको अन्त्यबाट १५-वर्षे अनुसन्धान कार्यक्रम प्रदान गर्नेछ। यो चरण पूरा भएपछि, दोस्रो मेसिन, FCC-hh (उच्च ऊर्जा), उही सुरुङमा सञ्चालन गरिनेछ। दोस्रो चरणले भारी कणहरूको खोजीको लागि १०० TeV (LHC को १३ TeV भन्दा धेरै उच्च) को टक्कर ऊर्जा पुग्ने लक्ष्य राखेको छ। यो चरण २०७० को दशकमा सञ्चालनमा आउनेछ र २१ औं शताब्दीको अन्त्यसम्म चल्नेछ।
६-७ नोभेम्बर २०२५ मा, CERN काउन्सिलले (CERN का सदस्य र सहयोगी सदस्य राष्ट्रहरूका प्रतिनिधिहरू मिलेर बनेको) प्रस्तावित फ्युचर सर्कुलर कोलाइडर (FCC) को लागि सम्भाव्यता अध्ययनको नतिजाको समीक्षा गर्यो।
यसअघि, CERN ले CERN का सदस्य र सहयोगी सदस्य राष्ट्रहरू र बाहिरका संस्थाहरूसँगको सहकार्यमा फ्युचर सर्कुलर कोलाइडर (FCC) को सम्भाव्यता मूल्याङ्कन गर्न एक अध्ययन गरेको थियो। प्रतिवेदन ३१ मार्च २०२५ मा जारी गरिएको थियो जसको CERN परिषद्का मातहत निकायहरूद्वारा समीक्षा गरिएको थियो। प्रतिवेदनलाई स्वतन्त्र विशेषज्ञ समितिहरूद्वारा पनि समीक्षा गरिएको थियो, जसले प्रस्तुत गरिएका कागजातहरूको आधारमा FCC प्राविधिक रूपमा सम्भव देखिन्छ भनी बताएको थियो।
CERN काउन्सिलका प्रतिनिधिहरूले अब ६-७ नोभेम्बर २०२५ मा एक समर्पित बैठकमा FCC सम्भाव्यता अध्ययन प्रतिवेदनको जाँच गरेका छन् र निष्कर्ष निकालेका छन् कि सम्भाव्यता अध्ययनले FCC अध्ययनहरूलाई जारी राख्नको लागि आधार प्रदान गर्दछ। यो मे २०२६ मा CERN काउन्सिलद्वारा FCC को सम्भावित अनुमोदनको दिशामा एक महत्त्वपूर्ण कदम हो जब सबै सिफारिसहरू विचारको लागि यसको अगाडि प्रस्तुत गरिनेछ। CERN काउन्सिलद्वारा FCC निर्माणको बारेमा अन्तिम निर्णय २०२८ वरिपरि हुने अपेक्षा गरिएको छ।
फ्युचर सर्कुलर कोलाइडर (FCC) CERN मा प्रस्तावित अर्को पुस्ताको पार्टिकल कोलाइडरहरू मध्ये एक हो। यसले २०४१ मा आफ्नो सञ्चालनको अन्त्यमा पुग्ने लार्ज ह्याड्रन कोलाइडर (LHC) लाई उत्तराधिकारी बनाउने अपेक्षा गरिएको छ। CERN हाल CERN को हालको वर्कहर्स रहेको LHC लाई उत्तराधिकारी बनाउन अर्को कोलाइडर पहिचान गर्न काम गरिरहेको छ।
२००८ मा सञ्चालनमा आएको, लार्ज ह्याड्रन कोलाइडर (LHC) २७ किलोमिटर परिधि भएको गोलाकार कोलाइडर हो र जेनेभा नजिकै जमिनबाट १०० मिटर तल अवस्थित छ। हाल, यो संसारको सबैभन्दा ठूलो र सबैभन्दा शक्तिशाली कोलाइडर हो जसले १३ टेराइलेक्ट्रोनभोल्ट (TeV) को ऊर्जामा टक्करहरू उत्पन्न गर्दछ जुन अहिलेसम्म एक्सेलेरेटरले प्राप्त गरेको उच्चतम ऊर्जा हो। यसले हेड्रनहरूलाई प्रकाशको गतिको नजिक पुर्याउँछ, त्यसपछि प्रारम्भिक ब्रह्माण्डको अवस्थाको नक्कल गर्दै तिनीहरूलाई टक्कर दिन्छ।
| कण गतिवर्धकहरू/कोलाइडरहरू धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्डका झ्यालहरू हुन् |
| "धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्ड" ले ब्रह्माण्डको सबैभन्दा प्रारम्भिक चरण (बिग ब्याङ्ग पछिको पहिलो तीन मिनेट) लाई जनाउँछ जब यो अत्यन्तै तातो थियो र ब्रह्माण्ड पूर्ण रूपमा विकिरणले प्रभुत्व जमाएको थियो। प्लाङ्क युग विकिरण युगको पहिलो युग हो जुन बिग ब्याङ्ग देखि १० सम्म चलेको थियो।-43 s 10 को तापमान संग32 K, यस युगमा ब्रह्माण्ड अति तातो थियो। प्लाङ्क युगपछि क्वार्क, लेप्टन र न्यूक्लियर युगहरू आए; सबै अल्पकालीन थिए तर अत्यन्त उच्च तापक्रमले चित्रण गरे जुन ब्रह्माण्ड विस्तार हुँदै जाँदा बिस्तारै घट्दै गयो। ब्रह्माण्डको यो प्रारम्भिक चरणको प्रत्यक्ष अध्ययन सम्भव छैन। के गर्न सकिन्छ भने कण गतिवर्धकहरूमा ब्रह्माण्डको यस चरणको अवस्था पुन: सिर्जना गर्नु हो। गतिवर्धक/टक्करहरूमा कणहरूको टक्करबाट उत्पन्न हुने डेटाले धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्डको लागि अप्रत्यक्ष विन्डो प्रदान गर्दछ। कण भौतिकीमा कोलाइडरहरू धेरै महत्त्वपूर्ण अनुसन्धान उपकरणहरू हुन्। यी गोलाकार वा रेखीय मेसिनहरू हुन् जसले कणहरूलाई प्रकाशको गतिको नजिक धेरै उच्च गतिमा गति दिन्छन् र तिनीहरूलाई विपरीत दिशाबाट आउने अर्को कणसँग वा लक्ष्य विरुद्ध ठोक्किन अनुमति दिन्छन्। टक्करहरूले ट्रिलियन केल्भिनको क्रममा अत्यन्त उच्च तापक्रम उत्पन्न गर्दछ (विकिरण युगको प्रारम्भिक युगहरूमा अवस्थित अवस्थाहरू जस्तै)। टक्कर हुने कणहरूको ऊर्जा थपिन्छ त्यसैले टक्कर ऊर्जा बढी हुन्छ। द्रव्यमान-ऊर्जा सममिति अनुसार प्रारम्भिक ब्रह्माण्डमा अवस्थित कणहरूको रूपमा टक्कर ऊर्जा पदार्थमा परिणत हुन्छ। उदाहरणका लागि, जब उप-परमाणविक कणहरू इलेक्ट्रोनहरू तिनीहरूको एन्टी-म्याटर पार्टनर पोजिट्रोनहरूसँग ठोक्किन्छन्, पदार्थ र एन्टी-म्याटर नष्ट हुन्छन् र ऊर्जा निस्कन्छ। विभिन्न प्रकारका नयाँ प्राथमिक कणहरू निस्कने ऊर्जाबाट सघन हुन्छन्। नयाँ कणहरू हिग्स बोसन वा शीर्ष क्वार्क हुन सक्छन्, जुन पदार्थको धेरै भारी प्रकारका उप-परमाणविक निर्माण ब्लकहरू हुन्। हुनसक्छ, अँध्यारो पदार्थ कणहरू र सुपरसिमेट्रिक कणहरू पनि, जुन अझै पत्ता लाग्न बाँकी छ। प्रारम्भिक ब्रह्माण्डमा अवस्थित अवस्थाहरूमा उच्च ऊर्जा कणहरू बीचको यस्तो अन्तरक्रियाले त्यस समयको अन्यथा दुर्गम संसारलाई झ्यालहरू दिन्छ र टक्करहरूको उप-उत्पादनहरूको विश्लेषणले आधारभूत कणहरूको हाम्रो बुझाइलाई समृद्ध बनाउँछ र भौतिक विज्ञानको शासित नियमहरू बुझ्ने तरिका प्रदान गर्दछ। धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्डको अध्ययनको लागि कण गतिवर्धकहरू अनुसन्धान उपकरणको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्डको अन्वेषणमा ह्याड्रोन कोलाइडरहरू (विशेष गरी CERN को लार्ज ह्याड्रोन कोलाइडर LHC) र इलेक्ट्रोन-पोजिट्रोन कोलाइडरहरू अग्रणी छन्। लार्ज ह्याड्रोन कोलाइडर (LHC) मा ATLAS र CMS प्रयोगहरू २०१२ मा हिग्स बोसन पत्ता लगाउन सफल भए। (स्रोत: "धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्ड" को अध्ययनको लागि कण टक्करहरू: Muon कोलाइडर प्रदर्शन गरियो) |
CERN को हाई-लुमिनोसिटी लार्ज हेड्रन कोलाइडर (HL – LHC) ले ज्ञात संयन्त्रहरूको विस्तृत अध्ययन गर्न अनुमति दिन टक्करहरूको संख्या बढाएर LHC को कार्यसम्पादन बढाउनेछ। यो २०२९ सम्ममा सञ्चालनमा आउने सम्भावना छ।
प्रस्तावित फ्युचर सर्कुलर कोलाइडर (FCC) लार्ज हाइड्रोन कोलाइडरको तुलनामा उच्च प्रदर्शन गर्ने पार्टिकल कोलाइडर हुनेछ। लार्ज हेड्रन कोलाइडर (LHC) को पहुँचभन्दा बाहिर नयाँ, भारी कणहरूको अस्तित्व र मानक मोडेल कणहरूसँग धेरै कमजोर रूपमा अन्तरक्रिया गर्ने हलुका कणहरूको अस्तित्व अन्वेषण गर्न डिजाइन गरिएको, FCC LHC जस्तै स्थानको नजिक जमिनबाट लगभग २०० मिटर तल अवस्थित लगभग १०० किलोमिटर परिधिमा हुनेछ। यदि स्वीकृत भएमा, FCC को निर्माण २०३० को दशकमा सुरु हुन सक्छ।
FCC दुई चरणमा लागू गरिनेछ। पहिलो चरण, FCC-ee सटीक मापनको लागि इलेक्ट्रोन-पोजिट्रोन कोलाइडर हुनेछ। यसले २०४० को दशकको अन्त्यबाट १५-वर्षे अनुसन्धान कार्यक्रम प्रदान गर्नेछ। यो चरण पूरा भएपछि, दोस्रो मेसिन, FCC-hh (उच्च ऊर्जा), उही सुरुङमा सञ्चालन गरिनेछ। यसको उद्देश्य १०० TeV टक्कर गर्ने ह्याड्रन (प्रोटोन) र भारी आयनहरूको टक्कर ऊर्जामा पुग्नु हो। FCC-hh २०७० को दशकमा सञ्चालनमा आउनेछ र २१ औं शताब्दीको अन्त्यसम्म चल्नेछ।
FCC किन आवश्यक छ? यसले के उद्देश्य पूरा गर्नेछ?
हामी सबै मिलेर बनेको सबै ब्यारियोनिक साधारण पदार्थ सहित सम्पूर्ण अवलोकनयोग्य ब्रह्माण्डले ब्रह्माण्डको द्रव्यमान ऊर्जा सामग्रीको केवल ४.९% ओगटेको छ। अदृश्य कालो पदार्थले २६.८% जति ओगटेको छ (जबकि ब्रह्माण्डको द्रव्यमान ऊर्जा सामग्रीको बाँकी ६८.३% कालो ऊर्जा हो)। कालो पदार्थ वास्तवमा के हो भनेर थाहा छैन। कण भौतिकीको मानक मोडेल (SM) मा कालो पदार्थ हुन आवश्यक गुणहरू भएका कुनै आधारभूत कणहरू छैनन्। यो मानिन्छ कि सायद "सुपरसिमेट्रिक कणहरू" जुन मानक मोडेलमा कणहरूसँग साझेदार छन्, कालो पदार्थ बनाउँछन्। वा सायद कालो पदार्थको समानान्तर संसार छ। WIMPs (कमजोर अन्तरक्रिया गर्ने विशाल कणहरू), अक्षहरू, वा बाँझ न्यूट्रिनोहरू परिकल्पित कणहरू "मानक मोडेलभन्दा बाहिर" (BSM) हुन् जुन अग्रणी उम्मेदवारहरू हुन्। यद्यपि, त्यस्ता कुनै पनि कणहरूको पत्ता लगाउनमा अहिलेसम्म कुनै सफलता छैन। त्यहाँ धेरै अन्य खुला प्रश्नहरू छन् (जस्तै पदार्थ-प्रतिपदक असममितता, गुरुत्वाकर्षण, कालो ऊर्जा, न्यूट्रिनोमास आदि) जुन मानक मोडेलले जवाफ दिन सक्दैन। साथै, २०१२ मा लार्ज हेड्रन कोलाइडर (LHC) मा ATLAS र CMS प्रयोगहरूद्वारा हिग्स बोसनको खोज पछि ब्रह्माण्डको विकासमा हिग्स क्षेत्रको भूमिकाको बारेमा छलफल हुन थाल्यो।
माथिका खुला प्रश्नहरूको सम्भावित उत्तरहरू कण भौतिकीको मानक मोडेलभन्दा बाहिर छन्। मानक मोडेल कणहरूसँग धेरै कमजोर रूपमा अन्तरक्रिया गर्ने नयाँ, हल्का कणहरूको अस्तित्वको अन्वेषण गर्न आवश्यक पर्न सक्छ। यसका लागि ठूलो मात्रामा डेटा सङ्कलन र त्यस्ता कणहरूको उत्पादनको संकेतहरूप्रति धेरै उच्च संवेदनशीलता आवश्यक पर्दछ जुन FCC को पहिलो चरण अर्थात् FCC-ee (परिशुद्धता मापन) को दायरा अन्तर्गत छ। उच्च-ऊर्जा सुविधाहरू आवश्यक पर्ने नयाँ, भारी कणहरूको अस्तित्वको अन्वेषण गर्नु पनि अनिवार्य छ। FCC-hh (उच्च ऊर्जा), FCC को दोस्रो चरणले १०० TeV (जुन LHC को १३ TeV भन्दा धेरै उच्च छ) को टक्कर ऊर्जामा पुग्ने लक्ष्य राख्छ। पहिलो चरणको इलेक्ट्रोन-पोजिट्रोन (e+e-) कोलिडरको आकारको लागि, गोलाकार आकारलाई प्राथमिकता दिइएको छ (रेखीयको तुलनामा) किनभने गोलाकार आकारले उच्च चमकता, चार प्रयोगहरू सम्म सक्षम बनाउँछ र त्यसपछिको दोस्रो चरणको उच्च-ऊर्जा ह्याड्रन कोलिडरको लागि पूर्वाधार प्रदान गर्दछ।
***
सन्दर्भ:
- CERN। प्रेस विज्ञप्ति - CERN काउन्सिलले अर्को पुस्ताको कोलाइडरको लागि सम्भाव्यता अध्ययनको समीक्षा गर्दछ। १० नोभेम्बर २०२५। मा उपलब्ध छ। https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN। प्रेस विज्ञप्ति - CERN ले सम्भावित भविष्य सर्कुलर कोलाइडरको सम्भाव्यता बारे रिपोर्ट जारी गर्दछ। ३१ मार्च २०२५। मा उपलब्ध छ https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- भविष्यको सर्कुलर कोलाइडरको सम्भाव्यता अध्ययन अब अन्तिम चरणमा पुगेको छ। https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- भविष्य सर्कुलर कोलाइडर https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: भौतिकशास्त्रको मामला। २७ मार्च २०२४। https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
सम्बन्धित लेखहरू:
- "धेरै प्रारम्भिक ब्रह्माण्ड" को अध्ययनको लागि कण टक्करहरू: Muon कोलाइडर प्रदर्शन गरियो (31 अक्टूबर 2024)
- CERN ले भौतिकशास्त्रमा वैज्ञानिक यात्राको ७० वर्ष मनाएको छ (१० फेब्रुअरी २०२०)
- हामी अन्ततः के बनेका छौं? ब्रह्माण्डको आधारभूत निर्माण ब्लकहरू के हुन्? (८ नोभेम्बर २०२१)
***
FCC मा केही शैक्षिक भिडियोहरू:
***
 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}