En la búsqueda de respuestas a las preguntas abiertas (como qué partículas fundamentales componen la materia oscura, por qué la materia domina el universo y por qué existe la asimetría materia-antimateria, qué es la partícula de fuerza para la gravedad, la energía oscura, la masa del neutrino, etc.) que el Modelo Estándar no puede abordar, es posible que sea necesario mirar más allá del Modelo Estándar y explorar la posible existencia de nuevas partículas más ligeras que interactúan muy débilmente con las partículas del Modelo Estándar, así como la existencia de nuevas partículas más pesadas que se encuentran fuera del alcance del actual LHC. El propuesto Futuro Colisionador Circular (FCC) permitiría buscar la existencia de dichas partículas fundamentales más allá del Modelo Estándar. El Consejo del CERN ha examinado el informe del Estudio de Viabilidad del FCC. Se espera que el Consejo del CERN tome una decisión final sobre la construcción del FCC alrededor de 2028. De aprobarse, la construcción del FCC podría comenzar en la década de 2030. Tendrá una circunferencia de aproximadamente 100 km y estará situado a unos 200 metros bajo tierra, cerca de la misma ubicación que el LHC, cerca de Ginebra. Sucederá al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que finalizará sus operaciones en 2041. El FCC se implementará en dos fases. La primera, FCC-ee, será un colisionador electrón-positrón para realizar mediciones de precisión en la búsqueda de partículas más ligeras, ofreciendo un programa de investigación de 15 años a partir de finales de la década de 2040. Tras la finalización de esta fase, se pondrá en marcha una segunda máquina, el FCC-hh (de alta energía), en el mismo túnel. La segunda fase tiene como objetivo alcanzar energías de colisión de 100 TeV (mucho superiores a los 13 TeV del LHC) para la búsqueda de partículas más pesadas. Esta fase estará operativa en la década de 2070 y funcionará hasta finales del siglo XXI.
Los días 6 y 7 de noviembre de 2025, el Consejo del CERN (compuesto por delegados de los Estados miembros y miembros asociados del CERN) revisó los resultados del Estudio de Viabilidad del propuesto Futuro Colisionador Circular (FCC).
Anteriormente, el CERN llevó a cabo un estudio para evaluar la viabilidad de un Futuro Colisionador Circular (FCC) en colaboración con instituciones de los Estados miembros y asociados del CERN, así como de otros países. El informe, publicado el 31 de marzo de 2025, fue revisado por los órganos subordinados del Consejo del CERN. Asimismo, fue revisado por comités de expertos independientes, los cuales concluyeron que el FCC parece técnicamente viable según la documentación presentada.
Los delegados del Consejo del CERN examinaron el informe del Estudio de Viabilidad del FCC los días 6 y 7 de noviembre de 2025 en una reunión específica y concluyeron que dicho estudio sienta las bases para la continuación de los estudios sobre el FCC. Este es un paso importante hacia la posible aprobación del FCC por parte del Consejo del CERN en mayo de 2026, cuando se le presentarán todas las recomendaciones para su consideración. Se espera que el Consejo del CERN tome una decisión final sobre la construcción del FCC en torno a 2028.
El Futuro Colisionador Circular (FCC) es uno de los colisionadores de partículas de próxima generación propuestos en el CERN. Se espera que suceda al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que finalizará sus operaciones en 2041. El CERN trabaja actualmente en la identificación del próximo colisionador que sucederá al LHC, su principal herramienta operativa actual.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), puesto en marcha en 2008, es un colisionador circular de 27 km de circunferencia, situado a 100 m bajo tierra cerca de Ginebra. Actualmente, es el colisionador más grande y potente del mundo, capaz de generar colisiones con una energía de 13 teraelectronvoltios (TeV), la mayor energía alcanzada hasta ahora por un acelerador. Acelera los hadrones a velocidades cercanas a la de la luz y, posteriormente, los colisiona, simulando las condiciones del universo primitivo.
| Los aceleradores/colisionadores de partículas son ventanas al Universo primitivo |
| El término «universo primitivo» se refiere a la fase más temprana del universo (los primeros tres minutos posteriores al Big Bang), cuando era extremadamente caliente y estaba dominado completamente por la radiación. La época de Planck es la primera época de la era de la radiación, que duró desde el Big Bang hasta 10⁶ millones de años.-43 s. Con una temperatura de 1032 En la época K, el universo era extremadamente caliente. A la época de Planck le siguieron las épocas de quarks, leptones y núcleo; todas fueron de corta duración, pero se caracterizaron por temperaturas extremadamente altas que disminuyeron gradualmente a medida que el universo se expandía. El estudio directo de esta fase primigenia del universo no es posible. Lo que sí se puede hacer es recrear las condiciones de esta fase en aceleradores de partículas. Los datos generados por las colisiones de partículas en aceleradores/colisionadores ofrecen una visión indirecta del universo primitivo. Los colisionadores son herramientas de investigación muy importantes en física de partículas. Se trata de máquinas circulares o lineales que aceleran las partículas a velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz, y les permiten colisionar contra otra partícula que viene de dirección opuesta o contra un objetivo. Las colisiones generan temperaturas extremadamente altas, del orden de billones de Kelvin (similares a las condiciones presentes en las primeras épocas de la era de la radiación). Las energías de las partículas que colisionan se suman, por lo que la energía de colisión es mayor. La energía de colisión se transforma en materia en forma de partículas que existían en el universo primitivo, según la simetría masa-energía. Por ejemplo, cuando los electrones, partículas subatómicas, colisionan con sus antipartículas, los positrones, la materia y la antimateria se aniquilan y se libera energía. Diversos tipos de nuevas partículas elementales se condensan a partir de esta energía liberada. Estas nuevas partículas podrían ser los bosones de Higgs o los quarks top, que son los componentes subatómicos más pesados de la materia. Quizás también existan partículas de materia oscura y partículas supersimétricas, algo que aún está por descubrir. Estas interacciones entre partículas de alta energía, en las condiciones que existían en el universo primitivo, nos permiten vislumbrar el mundo de aquella época, que de otro modo sería inaccesible. El análisis de los subproductos de las colisiones enriquece nuestra comprensión de las partículas fundamentales y nos ofrece una manera de entender las leyes que rigen la física. Los aceleradores de partículas se utilizan como herramientas de investigación para el estudio del universo primitivo. Los colisionadores de hadrones (en particular, el Gran Colisionador de Hadrones [LHC] del CERN) y los colisionadores electrón-positrón se encuentran a la vanguardia en la exploración del universo primitivo. Los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) lograron descubrir el bosón de Higgs en 2012. (Fuente: Colisionadores de partículas para el estudio del “universo muy temprano”: se demostró un colisionador de muones) |
El Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HL-LHC) del CERN mejorará el rendimiento del LHC al aumentar el número de colisiones, lo que permitirá estudiar con mayor detalle los mecanismos conocidos. Es probable que esté operativo para 2029.
El propuesto Colisionador Circular del Futuro (FCC) sería un colisionador de partículas de mayor rendimiento que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Diseñado para explorar la existencia de nuevas partículas más pesadas, fuera del alcance del LHC, y la existencia de partículas más ligeras que interactúan muy débilmente con las partículas del Modelo Estándar, el FCC tendría una circunferencia de unos 100 km y estaría situado a unos 200 metros bajo tierra, cerca de la misma ubicación que el LHC. De aprobarse, la construcción del FCC podría comenzar en la década de 2030.
El FCC se implementaría en dos fases. La primera, FCC-ee, será un colisionador electrón-positrón para mediciones de precisión. Ofrecerá un programa de investigación de 15 años a partir de finales de la década de 2040. Tras la finalización de esta fase, se pondrá en marcha una segunda máquina, el FCC-hh (de alta energía), en el mismo túnel. Este tiene como objetivo alcanzar energías de colisión de 100 TeV, colisionando hadrones (protones) e iones pesados. El FCC-hh estará operativo en la década de 2070 y funcionará hasta finales del siglo XXI.
¿Por qué es necesaria la FCC? ¿Qué propósito cumplirá?
Todo el universo observable, incluyendo la materia bariónica ordinaria que nos compone, representa solo el 4.9% de la masa-energía del universo. La materia oscura, invisible, constituye hasta un 26.8% (mientras que el 68.3% restante de la masa-energía del universo corresponde a energía oscura). Se desconoce la naturaleza de la materia oscura. El Modelo Estándar (ME) de la física de partículas carece de partículas fundamentales con las propiedades necesarias para ser consideradas materia oscura. Se cree que quizás la materia oscura podría estar formada por partículas supersimétricas, compañeras de las partículas del Modelo Estándar. O tal vez exista un mundo paralelo de materia oscura. Las WIMPs (partículas masivas de interacción débil), los axiones y los neutrinos estériles son partículas hipotéticas «más allá del Modelo Estándar» (BSM) que constituyen los principales candidatos. Sin embargo, aún no se ha logrado detectar ninguna de estas partículas. Existen muchas otras preguntas sin respuesta (como la asimetría materia-antimateria, la gravedad, la energía oscura, la masa de neutrinos, etc.) que el Modelo Estándar no puede responder. Asimismo, el papel del campo de Higgs en la evolución del universo comenzó a debatirse tras el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 por los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
Las posibles respuestas a las preguntas abiertas anteriores se encuentran más allá del Modelo Estándar de la física de partículas. Podría ser necesario explorar la existencia de nuevas partículas más ligeras que interactúen muy débilmente con las partículas del Modelo Estándar. Esto requerirá la recopilación de una gran cantidad de datos y una sensibilidad muy alta a las señales de producción de dichas partículas, lo cual se encuentra dentro del alcance de la primera etapa del FCC, es decir, el FCC-ee (medición de precisión). También es imperativo explorar la existencia de nuevas partículas más pesadas, lo que requerirá instalaciones de alta energía. El FCC-hh (alta energía), la segunda etapa del FCC, tiene como objetivo alcanzar energías de colisión de 100 TeV (mucho mayores que los 13 TeV del LHC). En cuanto a la forma del colisionador electrón-positrón (e+e-) de la primera etapa, se ha preferido la forma circular (en lugar de la lineal) porque permite una mayor luminosidad, hasta cuatro experimentos, y ofrece la infraestructura para la posterior segunda fase del colisionador de hadrones de alta energía.
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Referencias:
- CERN. Comunicado de prensa: El Consejo del CERN revisa el estudio de viabilidad para un colisionador de próxima generación. 10 de noviembre de 2025. Disponible en https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. Comunicado de prensa: El CERN publica un informe sobre la viabilidad de un posible Colisionador Circular del Futuro. 31 de marzo de 2025. Disponible en: https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- El estudio de viabilidad para el futuro colisionador circular ya está finalizado. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- Futuro Colisionador Circular https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: el caso de la física. 27 de marzo de 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
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Algunos vídeos educativos sobre la 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}