Come funzionerà il Future Circular Collider (FCC), l’acceleratore di particelle da 15 miliardi di euro

Il Future Circular Collider (FCC) del Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN), se approvato, sarà il più grande e potente acceleratore di particelle mai costruito, ma anche uno degli strumenti scientifici più costosi, visto che per la sua realizzazione si prevede una spesa di 15 miliardi di euro. Attualmente oggetto dello studio di fattibilità, il nuovo acceleratore, o meglio, collisore di particelle, diventerebbe l’erede dell’attuale Large Hadron Collider (LHC), il collisore che ha permesso, tra l’altro, la scoperta del bosone di Higgs.

L’osservazione di quella particella elementare, teorizzata da Peter Higgs nel 1964 e scoperta dall’LHC nel 2012, ha portato a nuove domande su una serie di fenomeni e suggerito l’esistenza di possibili particelle non previste dal Modello Standard – l’attuale teoria della fisica delle particelle – , la cui rilevazione richiede strutture con energia più elevata dell’LHC. Il Future Circular Collider, con il suo tunnel sotterraneo ad anello di 90 km e un’energia di collisione totale di 100 teraelettronvolt (TeV) – contro i 27 km e 14 TeV dell’LHC – consentirebbe ai fisici di esplorare completamente questo nuovo scenario, dove potrebbe risiedere la spiegazione di fenomeni non inquadrabili nel Modello Standard, come la materia oscura, la misteriosa entità che insieme all’energia oscura sembra costituire il 95% della massa e dell’energia dell’Universo.

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Cos’è il Future Circular Collider (FCC) del CERN

Il Future Circular Collider (FCC) è un tipo di acceleratore di particelle (collisore) selezionato tra circa 100 varianti e attualmente oggetto dello studio di fattibilità (che dovrebbe concludersi nel 2025). Se approvato, l’FCC sarebbe il più grande e potente acceleratore di particelle mai costruito, con un tunnel ad anello di 90,7 km di circonferenza, situato a una profondità media di 200 metri, dove verrà raggiunta un’energia di collisione totale di 100 teraelettronvolt (TeV).

Il progetto prevede otto siti di superficie per infrastrutture tecniche o esperimenti scientifici – di cui sette in Francia e uno in Svizzera, vicino a Ginevra – per un massimo di quattro punti di incrocio, dove le particelle accelerate si scontreranno.

La possibile posizione del Future Circular Collider (FCC): nella mappa sono indicati gli otto siti di superficie (sette in Francia e uno in Svizzera), che ospiteranno infrastrutture tecniche o esperimenti scientifici. PA a Ferney Voltaire, PB a Présinge/Choulex (Svizzera), PD a Nangy, PF a Etaux, PG a Charvonnex/Groisy, PH a Cercier, PJ a Vulbens/Dingy e PL a Challex. Credit: CERN

Secondo i piani, al completamento dello studio di fattibilità, che comprende la valutazione degli aspetti tecnici e finanziari di costruzione dell’FCC, inclusa la fattibilità geologica, l’impatto ambientale, la progettazione delle infrastrutture, nonché la ricerca e lo sviluppo di tecnologie per l’efficienza e la sostenibilità del collisore, farà seguito la decisione degli Stati membri del CERN e dei partner internazionali, prevista entro il 2028.

Se ci sarà il via libera, la costruzione dell’FCC dovrebbe iniziare dopo il 2030 ed essere completata entro il 2045, con un costo complessivo di 15 miliardi di euro ripartiti su un periodo di almeno 15 anni, di cui circa un terzo sarà destinato alla realizzazione del tunnel.

Come funzionerà il collisore di particelle FCC

Per il funzionamento dell’FCC si procederà in due fasi: inizialmente, il tunnel dovrebbe ospitare l’FCC-ee, un collisore di elettroni-positroni per misurazioni di precisione che, come spiegato dal CERN “offrirà un programma di ricerca di 15 anni a partire dalla metà del 2040” volto ad effettuare nuovi studi sul bosone di Higgs, ricercare nuove particelle accoppiate al bosone di Higgs e ai bosoni elettrodeboli, e consentire indagini approfondite sulla rottura della simmetria elettrodebole.

Successivamente, nello stesso tunnel verrebbe installato un secondo collisore, denominato FCC-hh, un collisore di adroni, con cui i fisici puntano a raggiungere un’energia di collisione totale di 100 TeV, facendo scontrare anche protoni e ioni pesanti. La maggiore energia di collisione estenderebbe il raggio di ricerca alle particelle non previste dal Modello Standard, ma proposte da diverse altre teorie per spiegare fenomeni come la materia oscura e l’espansione dell’Universo.

L’FCC-hh dovrebbe offrire un programma di ricerca di circa 25 anni a partire dal 2070 e potrebbe, tra l’altro, avvalersi dei risultati che arriveranno da un altro esperimento del CERN, denominato SHiP (Search for Hidden Particles), un altro tipo di acceleratore di particelle (sincrotrone) circolare e ciclico recentemente approvato, che si occuperà di ricercare le “particelle nascoste”, cioè quelle particelle che interagiscono solo molto debolmente con la materia che conosciamo, incluse le ipotetiche particelle di materia oscura.