A busca por respostas para as questões em aberto (como, por exemplo, quais partículas fundamentais compõem a matéria escura, por que a matéria domina o universo e por que existe a assimetria matéria-antimatéria, qual é a partícula de força da gravidade, a energia escura, a massa do neutrino etc.) que o Modelo Padrão não consegue abordar, pode exigir que se olhe além do Modelo Padrão e se explore a possível existência de novas partículas mais leves que interajam muito fracamente com as partículas do Modelo Padrão, bem como a existência de novas partículas mais pesadas além do alcance das instalações do LHC. O futuro Colisor Circular (FCC), proposto pelo CERN, possibilitaria a busca pela existência de tais partículas fundamentais além do Modelo Padrão. O Conselho do CERN já examinou o relatório do Estudo de Viabilidade do FCC. A decisão final sobre a construção do FCC pelo Conselho do CERN é esperada por volta de 2028. Se aprovado, a construção do FCC poderá começar na década de 2030. Ele terá cerca de 100 km de circunferência e estará situado a cerca de 200 metros abaixo da superfície, próximo ao local do LHC, perto de Genebra. O FCC sucederá o Grande Colisor de Hádrons (LHC), que encerrará suas operações em 2041. O FCC será implementado em duas fases. A primeira fase, FCC-ee, será um colisor elétron-pósitron para medições de precisão visando a busca por partículas mais leves, com um programa de pesquisa de 15 anos a partir do final da década de 2040. Após a conclusão desta fase, uma segunda máquina, o FCC-hh (alta energia), será instalada no mesmo túnel. A segunda fase visa atingir energias de colisão de 100 TeV (muito superiores aos 13 TeV do LHC) para a busca por partículas mais pesadas. Esta fase estará operacional na década de 2070 e funcionará até o final do século XXI.
Nos dias 6 e 7 de novembro de 2025, o Conselho do CERN (composto por delegados dos Estados-Membros e Estados-Membros Associados do CERN) analisou os resultados do Estudo de Viabilidade para o futuro Colisor Circular (FCC) proposto.
Anteriormente, o CERN realizou um estudo para avaliar a viabilidade de um Futuro Colisor Circular (FCC, na sigla em inglês) em colaboração com instituições dos Estados-Membros e Membros Associados do CERN, bem como de outros países. O relatório foi publicado em 31 de março de 2025 e analisado pelos órgãos subordinados do Conselho do CERN. O relatório também foi analisado por comitês de especialistas independentes, que afirmaram que o FCC parece tecnicamente viável com base na documentação apresentada.
Os delegados do Conselho do CERN examinaram o relatório do Estudo de Viabilidade do FCC em uma reunião dedicada, realizada entre 6 e 7 de novembro de 2025, e concluíram que o estudo fornece a base para a continuidade dos estudos do FCC. Este é um passo importante rumo à possível aprovação do FCC pelo Conselho do CERN em maio de 2026, quando todas as recomendações serão apresentadas para consideração. A decisão final sobre a construção do FCC pelo Conselho do CERN é esperada por volta de 2028.
O Futuro Colisor Circular (FCC) é um dos colisionadores de partículas de próxima geração propostos para o CERN. Espera-se que ele suceda o Grande Colisor de Hádrons (LHC), que encerrará suas operações em 2041. O CERN está atualmente trabalhando para identificar o próximo colisionador que sucederá o LHC, o principal instrumento de pesquisa do CERN atualmente.
Inaugurado em 2008, o Grande Colisor de Hádrons (LHC) é um colisor circular com 27 km de circunferência, situado a 100 m de profundidade perto de Genebra. Atualmente, é o maior e mais potente colisor do mundo, gerando colisões a uma energia de 13 teraelétron-volts (TeV), a maior energia já alcançada por um acelerador. Ele acelera hádrons a velocidades próximas à da luz e, em seguida, os colide, simulando as condições do universo primordial.
| Aceleradores/colisores de partículas são janelas para o Universo primordial. |
| O termo "universo primordial" refere-se à fase inicial do universo (os três primeiros minutos logo após o Big Bang), quando ele era extremamente quente e dominado completamente pela radiação. A época de Planck é a primeira época da era da radiação, que durou do Big Bang até 10 bilhões de anos atrás.-43 s. Com uma temperatura de 1032 K, o universo era extremamente quente nessa época. A época de Planck foi seguida pelas épocas dos quarks, dos léptons e nuclear; todas foram de curta duração, mas caracterizadas por temperaturas extremamente altas que diminuíram gradualmente à medida que o universo se expandia. O estudo direto dessa fase primordial do universo não é possível. O que pode ser feito é recriar as condições dessa fase do universo em aceleradores de partículas. Os dados gerados pelas colisões de partículas em aceleradores/colisores oferecem uma janela indireta para o universo primordial. Os aceleradores de partículas são ferramentas de pesquisa muito importantes na física de partículas. São máquinas circulares ou lineares que aceleram partículas a velocidades muito altas, próximas à velocidade da luz, permitindo que elas colidam com outra partícula vinda da direção oposta ou com um alvo. As colisões geram temperaturas extremamente altas, da ordem de trilhões de Kelvin (semelhantes às condições presentes nas primeiras épocas da era da radiação). As energias das partículas que colidem são somadas, portanto a energia de colisão é maior. A energia de colisão é transformada em matéria na forma de partículas que existiam no universo primordial, de acordo com a simetria massa-energia. Por exemplo, quando os elétrons, partículas subatômicas, colidem com seus antipósitrons, matéria e antimatéria se aniquilam e energia é liberada. Vários tipos de novas partículas elementares se condensam a partir da energia liberada. Essas novas partículas podem ser os bósons de Higgs ou os quarks top, que são blocos de construção subatômicos muito pesados da matéria. Talvez também partículas de matéria escura e partículas supersimétricas, algo ainda a ser descoberto. Essas interações entre partículas de alta energia, nas condições que existiam no universo primordial, oferecem janelas para o mundo inacessível daquela época, e a análise dos subprodutos das colisões enriquece nossa compreensão das partículas fundamentais e oferece uma maneira de entender as leis que regem o universo primordial. Aceleradores de partículas são usados como ferramentas de pesquisa para o estudo do universo primordial. Os colisionadores de hádrons (particularmente o Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN) e os colisionadores elétron-pósitron estão na vanguarda da exploração do universo primordial. Os experimentos ATLAS e CMS no Grande Colisor de Hádrons (LHC) foram bem-sucedidos na descoberta do bóson de Higgs em 2012. (Fonte: Colisores de partículas para estudo do “Universo muito primitivo”: Colisor de múons demonstrado) |
O Grande Colisor de Hádrons de Alta Luminosidade (HL-LHC) do CERN aumentará o desempenho do LHC, incrementando o número de colisões para permitir o estudo de mecanismos conhecidos com maior detalhe. É provável que esteja operacional até 2029.
O futuro Colisor Circular (FCC, na sigla em inglês) proposto seria um colisor de partículas de desempenho superior ao Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês). Projetado para explorar a existência de novas partículas mais pesadas, além do alcance do Grande Colisor de Hádrons (LHC), e a existência de partículas mais leves que interagem muito fracamente com as partículas do Modelo Padrão, o FCC teria cerca de 100 km de circunferência, situado a aproximadamente 200 metros abaixo da superfície, próximo ao mesmo local do LHC. Se aprovado, a construção do FCC poderá começar na década de 2030.
O FCC será implementado em duas fases. A primeira fase, FCC-ee, será um colisor elétron-pósitron para medições de precisão. Ele oferecerá um programa de pesquisa de 15 anos a partir do final da década de 2040. Após a conclusão desta fase, uma segunda máquina, o FCC-hh (alta energia), será comissionada no mesmo túnel. O objetivo é atingir energias de colisão de 100 TeV colidindo hádrons (prótons) e íons pesados. O FCC-hh estará operacional na década de 2070 e funcionará até o final do século XXI.
Por que a FCC é necessária? Qual será sua finalidade?
Todo o universo observável, incluindo toda a matéria bariônica comum que nos compõe, representa apenas 4.9% do conteúdo energético total do universo. A matéria escura invisível constitui 26.8% (enquanto os 68.3% restantes do conteúdo energético total do universo são energia escura). Não se sabe ao certo o que é a matéria escura. O Modelo Padrão (MP) da física de partículas não possui partículas fundamentais com as propriedades necessárias para serem consideradas matéria escura. Acredita-se que talvez "partículas supersimétricas", parceiras das partículas do Modelo Padrão, constituam a matéria escura. Ou talvez exista um mundo paralelo de matéria escura. WIMPs (Partículas Massivas de Interação Fraca), áxions ou neutrinos estéreis são partículas hipotéticas "Além do Modelo Padrão" (BSM) que figuram entre os principais candidatos. No entanto, ainda não houve sucesso na detecção de tais partículas. Existem muitas outras questões em aberto (como a assimetria matéria-antimatéria, a gravidade, a energia escura, a massa de neutrinos, etc.) que o Modelo Padrão não consegue responder. Além disso, o papel do campo de Higgs na evolução do universo começou a ser debatido após a descoberta do bóson de Higgs em 2012 pelos experimentos ATLAS e CMS no Grande Colisor de Hádrons (LHC).
As possíveis respostas para as questões em aberto acima mencionadas vão além do Modelo Padrão da física de partículas. Pode ser necessário explorar a existência de novas partículas mais leves que interajam muito fracamente com as partículas do Modelo Padrão. Isso exigirá uma grande quantidade de coleta de dados e altíssima sensibilidade aos sinais de produção dessas partículas, o que está no escopo da primeira fase do FCC, ou seja, o FCC-ee (medição de precisão). Também é imprescindível explorar a existência de novas partículas mais pesadas, o que exigirá instalações de alta energia. O FCC-hh (alta energia), a segunda fase do FCC, visa atingir energias de colisão de 100 TeV (muito superiores aos 13 TeV do LHC). Quanto ao formato do colisor elétron-pósitron (e+e-) da primeira fase, o formato circular foi preferido (em relação ao linear) porque permite maior luminosidade, até quatro experimentos, e oferece a infraestrutura para a subsequente segunda fase, o colisor de hádrons de alta energia.
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Referências:
- CERN. Comunicado de imprensa – Conselho do CERN analisa estudo de viabilidade para um colisor de próxima geração. 10 de novembro de 2025. Disponível em https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Comunicado de imprensa – CERN divulga relatório sobre a viabilidade de um possível Futuro Colisor Circular. 31 de março de 2025. Disponível em https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- O estudo de viabilidade para o futuro Colisor Circular foi finalizado. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Futuro Colisor Circular https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: o caso da física. 27 de março de 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
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Alguns vídeos educativos sobre a 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}