ஸ்டாண்டர்ட் மாடலால் தீர்க்க முடியாத திறந்த கேள்விகளுக்கான பதில்களுக்கான தேடல் (எந்த அடிப்படை துகள்கள் இருண்ட பொருளை உருவாக்குகின்றன, ஏன் பொருள் பிரபஞ்சத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது மற்றும் ஏன் பொருள்-எதிர்ப்புப்பொருள் சமச்சீரற்ற தன்மை உள்ளது, ஈர்ப்பு விசைக்கான விசை துகள் என்றால் என்ன, இருண்ட ஆற்றல், நியூட்ரினோ நிறை போன்றவை), ஸ்டாண்டர்ட் மாடலால் தீர்க்க முடியாதவை, ஸ்டாண்டர்ட் மாடலுக்கு அப்பால் பார்த்து, ஸ்டாண்டர்ட் மாடல் துகள்களுடன் மிகவும் பலவீனமாக தொடர்பு கொள்ளும் புதிய, இலகுவான துகள்களின் சாத்தியமான இருப்பை ஆராய வேண்டும், அதே போல் ஏற்கனவே உள்ள LHC வசதியின் எட்டாத புதிய, கனமான துகள்களின் இருப்பை ஆராய வேண்டும். முன்மொழியப்பட்ட எதிர்கால சுற்றறிக்கை மோதல் (FCC) ஸ்டாண்டர்ட் மாடலுக்கு அப்பால் அத்தகைய அடிப்படை துகள்களின் இருப்பைத் தேடுவதை சாத்தியமாக்கும். CERN கவுன்சில் இப்போது FCC சாத்தியக்கூறு ஆய்வு அறிக்கையை ஆய்வு செய்துள்ளது. CERN கவுன்சிலால் FCC கட்டுமானம் குறித்த இறுதி முடிவு 2028 ஆம் ஆண்டில் எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. அங்கீகரிக்கப்பட்டால், FCC இன் கட்டுமானம் 2030 களில் தொடங்கலாம். இது ஜெனீவாவிற்கு அருகிலுள்ள LHC போன்ற இடத்திற்கு அருகில் தரையில் இருந்து சுமார் 200 மீட்டர் கீழே அமைந்துள்ள சுமார் 100 கிமீ சுற்றளவில் இருக்கும். இது 2041 ஆம் ஆண்டில் அதன் செயல்பாடுகளை முடிக்கவுள்ள Large Hadron Collider (LHC)-ஐ வெற்றிபெறச் செய்யும். FCC இரண்டு நிலைகளில் செயல்படுத்தப்படும். முதல் கட்டமான FCC-ee, இலகுவான துகள்களைத் தேடுவதற்கான துல்லியமான அளவீடுகளுக்கான எலக்ட்ரான்-பாசிட்ரான் மோதலாக இருக்கும், இது 2040களின் பிற்பகுதியிலிருந்து 15 ஆண்டு ஆராய்ச்சித் திட்டத்தை வழங்கும். இந்த நிலை முடிந்ததும், இரண்டாவது இயந்திரமான FCC-hh (உயர் ஆற்றல்), அதே சுரங்கப்பாதையில் இயக்கப்படும். இரண்டாவது கட்டம், கனமான துகள்களைத் தேடுவதற்காக 100 TeV (LHC இன் 13 TeV ஐ விட மிக அதிகம்) மோதல் ஆற்றல்களை அடைவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. இந்த நிலை 2070களில் செயல்படும் மற்றும் 21 ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதி வரை இயங்கும்.
2025 நவம்பர் 6-7 அன்று, CERN கவுன்சில் (CERN இன் உறுப்பினர் மற்றும் இணை உறுப்பு நாடுகளின் பிரதிநிதிகளைக் கொண்டது) முன்மொழியப்பட்ட எதிர்கால சுற்றறிக்கை மோதலுக்கான (FCC) சாத்தியக்கூறு ஆய்வின் முடிவை மதிப்பாய்வு செய்தது.
முன்னதாக, CERN, CERN இன் உறுப்பினர் மற்றும் இணை உறுப்பு நாடுகள் மற்றும் அதற்கு அப்பால் உள்ள நிறுவனங்களுடன் இணைந்து, எதிர்கால சுற்றறிக்கை மோதலின் (FCC) சாத்தியக்கூறுகளை மதிப்பிடுவதற்காக ஒரு ஆய்வை நடத்தியது. இந்த அறிக்கை மார்ச் 31, 2025 அன்று வெளியிடப்பட்டது, இது CERN கவுன்சிலின் துணை அமைப்புகளால் மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. இந்த அறிக்கை சுயாதீன நிபுணர் குழுக்களாலும் மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டது, அதில் வழங்கப்பட்ட ஆவணங்களின் அடிப்படையில் FCC தொழில்நுட்ப ரீதியாக சாத்தியமானதாகத் தோன்றுகிறது என்று கூறப்பட்டது.
CERN கவுன்சிலின் பிரதிநிதிகள் இப்போது நவம்பர் 6-7, 2025 அன்று நடைபெற்ற ஒரு பிரத்யேக கூட்டத்தில் FCC சாத்தியக்கூறு ஆய்வு அறிக்கையை ஆய்வு செய்து, FCC ஆய்வுகள் தொடர்வதற்கான அடிப்படையை இந்த சாத்தியக்கூறு ஆய்வு வழங்குகிறது என்று முடிவு செய்துள்ளனர். மே 2026 இல் CERN கவுன்சிலால் FCC அங்கீகரிக்கப்படுவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளை நோக்கிய ஒரு முக்கியமான படியாகும், அப்போது அனைத்து பரிந்துரைகளும் பரிசீலனைக்காக அதன் முன் சமர்ப்பிக்கப்படும். CERN கவுன்சிலால் FCC கட்டுமானம் குறித்த இறுதி முடிவு 2028 ஆம் ஆண்டில் எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
CERN இல் முன்மொழியப்பட்ட அடுத்த தலைமுறை துகள் மோதுபவர்களில் ஃபியூச்சர் சர்குலர் கோலிடர் (FCC) ஒன்றாகும். இது 2041 இல் அதன் செயல்பாடுகளை முடிக்கும் Large Hadron Collider (LHC) ஐத் தொடர்ந்து வெற்றிபெறும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. CERN இன் தற்போதைய பணிக்குதிரையான LHC ஐத் தொடர்ந்து அடுத்த மோதுபவரை அடையாளம் காண CERN தற்போது செயல்பட்டு வருகிறது.
2008 ஆம் ஆண்டு இயக்கப்பட்ட லார்ஜ் ஹாட்ரான் மோதுபவர் (LHC) 27-கிமீ சுற்றளவு கொண்ட ஒரு வட்ட மோதுபவர் மற்றும் ஜெனீவாவிற்கு அருகில் தரையில் இருந்து 100 மீ கீழே அமைந்துள்ளது. தற்போது, இது உலகின் மிகப்பெரிய மற்றும் மிகவும் சக்திவாய்ந்த மோதுபவர் ஆகும், இது 13 டெரா எலக்ட்ரான்வோல்ட் (TeV) ஆற்றலில் மோதல்களை உருவாக்குகிறது, இது இதுவரை ஒரு முடுக்கியால் அடையப்பட்ட மிக உயர்ந்த ஆற்றலாகும். இது ஹாட்ரான்களை ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில் முடுக்கி, பின்னர் ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தின் நிலைமைகளைப் பிரதிபலிக்கும் வகையில் அவற்றை மோதுகிறது.
| துகள் முடுக்கிகள்/மோதல்கள் மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்திற்கான ஜன்னல்கள். |
| "மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சம்" என்பது பிரபஞ்சத்தின் ஆரம்ப கட்டத்தைக் குறிக்கிறது (பிக் பேங்கிற்குப் பிறகு முதல் மூன்று நிமிடங்கள்), அப்போது அது மிகவும் வெப்பமாக இருந்தது மற்றும் பிரபஞ்சம் முழுவதும் கதிர்வீச்சினால் ஆதிக்கம் செலுத்தப்பட்டது. பிளாங்க் சகாப்தம் என்பது பிக் பேங்கிலிருந்து 10 வரை நீடித்த கதிர்வீச்சு சகாப்தத்தின் முதல் சகாப்தமாகும்.-43 கள். 10 வெப்பநிலையுடன்32 K, இந்த சகாப்தத்தில் பிரபஞ்சம் மிகவும் வெப்பமாக இருந்தது. பிளாங்க் சகாப்தத்தைத் தொடர்ந்து குவார்க், லெப்டன் மற்றும் அணுக்கரு சகாப்தங்கள் வந்தன; அனைத்தும் குறுகிய காலமே நீடித்தன, ஆனால் பிரபஞ்சம் விரிவடையும்போது படிப்படியாகக் குறைந்து வந்த மிக அதிக வெப்பநிலையால் வகைப்படுத்தப்பட்டன. பிரபஞ்சத்தின் இந்த ஆரம்ப கட்டத்தை நேரடியாக ஆய்வு செய்வது சாத்தியமில்லை. செய்யக்கூடியது என்னவென்றால், பிரபஞ்சத்தின் இந்த கட்டத்தின் நிலைமைகளை துகள் முடுக்கிகளில் மீண்டும் உருவாக்குவதுதான். முடுக்கிகள்/மோதல்களில் உள்ள துகள்களின் மோதல்களால் உருவாக்கப்படும் தரவு, மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்திற்கு ஒரு மறைமுக சாளரத்தை வழங்குகிறது. துகள் இயற்பியலில் மோதுபவை மிக முக்கியமான ஆராய்ச்சி கருவிகள். இவை வட்ட அல்லது நேரியல் இயந்திரங்கள், அவை துகள்களை ஒளியின் வேகத்திற்கு மிக அதிக வேகத்தில் முடுக்கி, எதிர் திசையில் இருந்து அல்லது ஒரு இலக்கை நோக்கி வரும் மற்றொரு துகள் மீது மோத அனுமதிக்கின்றன. இந்த மோதல்கள் டிரில்லியன் கணக்கான கெல்வின் வரிசையில் மிக அதிக வெப்பநிலையை உருவாக்குகின்றன (கதிர்வீச்சு சகாப்தத்தின் ஆரம்ப சகாப்தங்களில் இருந்த நிலைமைகளைப் போன்றது). மோதும் துகள்களின் ஆற்றல்கள் சேர்க்கப்படுவதால் மோதல் ஆற்றல் அதிகமாக உள்ளது. வெகுஜன-ஆற்றல் சமச்சீரின்படி, ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தில் இருந்த துகள்களின் வடிவத்தில் மோதல் ஆற்றல் பொருளாக மாற்றப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, துணை அணு துகள்கள் எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் எதிர்-பொருள் கூட்டாளிகளான பாசிட்ரான்களுடன் மோதும்போது, பொருள் மற்றும் எதிர்-பொருள் அழிக்கப்பட்டு ஆற்றல் வெளியிடப்படுகிறது. வெளியிடப்பட்ட ஆற்றலில் இருந்து பல்வேறு வகையான புதிய அடிப்படை துகள்கள் ஒடுங்குகின்றன. புதிய துகள்கள் ஹிக்ஸ் போஸான்கள் அல்லது மேல் குவார்க்குகளாக இருக்கலாம், அவை பொருளின் மிக கனமான துணை அணு கட்டுமானத் தொகுதிகள். ஒருவேளை, இருண்ட பொருள் துகள்கள் மற்றும் சூப்பர்சமச்சீர் துகள்கள் கூட, இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படாத ஒன்று. ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தில் இருந்த நிலைமைகளில் உயர் ஆற்றல் துகள்களுக்கு இடையிலான இத்தகைய தொடர்புகள் அந்தக் காலத்தின் அணுக முடியாத உலகத்தைப் பற்றிய சாளரங்களைத் தருகின்றன, மேலும் மோதல்களின் துணை தயாரிப்புகளின் பகுப்பாய்வு அடிப்படை துகள்கள் பற்றிய நமது புரிதலை வளப்படுத்துகிறது மற்றும் இயற்பியலின் ஆளும் விதிகளைப் புரிந்துகொள்ள ஒரு வழியை வழங்குகிறது. துகள் முடுக்கிகள் மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தின் ஆய்வுக்கான ஆராய்ச்சி கருவிகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஹாட்ரான் மோதல்கள் (குறிப்பாக CERN இன் பெரிய ஹாட்ரான் மோதல் LHC) மற்றும் எலக்ட்ரான்-பாசிட்ரான் மோதல்கள் மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தின் ஆய்வில் முன்னணியில் உள்ளன. பெரிய ஹாட்ரான் மோதல் (LHC) இல் ATLAS மற்றும் CMS சோதனைகள் 2012 இல் ஹிக்ஸ் போஸானை கண்டுபிடிப்பதில் வெற்றி பெற்றன. (ஆதாரம்: "மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சம்" பற்றிய ஆய்வுக்கான துகள் மோதல்கள்: மியூன் மோதல் நிரூபித்தது) |
CERN இன் உயர்-ஒளிர்வு பெரிய ஹாட்ரான் மோதல் (HL - LHC), மோதல்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதன் மூலம் LHC இன் செயல்திறனை அதிகரிக்கும், இதனால் அறியப்பட்ட வழிமுறைகளை இன்னும் விரிவாக ஆய்வு செய்ய முடியும். இது 2029 ஆம் ஆண்டுக்குள் செயல்பாட்டுக்கு வரும்.
முன்மொழியப்பட்ட எதிர்கால சுற்றறிக்கை மோதல் (FCC), பெரிய ஹைட்ரான் மோதல் (LHC) ஐ விட அதிக செயல்திறன் கொண்ட துகள் மோதல் ஆகும். பெரிய ஹாட்ரான் மோதல் (LHC) க்கு அப்பால் புதிய, கனமான துகள்கள் இருப்பதையும், நிலையான மாதிரி துகள்களுடன் மிகவும் பலவீனமாக தொடர்பு கொள்ளும் இலகுவான துகள்கள் இருப்பதையும் ஆராய வடிவமைக்கப்பட்ட FCC, LHC உள்ள அதே இடத்திற்கு அருகில் தரையில் இருந்து சுமார் 200 மீட்டர் கீழே அமைந்துள்ள சுமார் 100 கிமீ சுற்றளவில் இருக்கும். அங்கீகரிக்கப்பட்டால், FCC இன் கட்டுமானம் 2030 களில் தொடங்கப்படலாம்.
FCC இரண்டு நிலைகளில் செயல்படுத்தப்படும். முதல் கட்டமாக, FCC-ee துல்லியமான அளவீடுகளுக்கான எலக்ட்ரான்-பாசிட்ரான் மோதலாக இருக்கும். இது 2040களின் பிற்பகுதியில் இருந்து 15 ஆண்டு ஆராய்ச்சி திட்டத்தை வழங்கும். இந்த நிலை முடிந்ததும், இரண்டாவது இயந்திரம், FCC-hh (உயர் ஆற்றல்), அதே சுரங்கப்பாதையில் இயக்கப்படும். இது 100 TeV மோதும் ஹாட்ரான்கள் (புரோட்டான்கள்) மற்றும் கன அயனிகளின் மோதல் ஆற்றல்களை அடைவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. FCC-hh 2070களில் செயல்படும் மற்றும் 21 ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதி வரை இயங்கும்.
FCC ஏன் தேவைப்படுகிறது? அது என்ன நோக்கத்திற்கு உதவும்?
நாம் அனைவரும் உருவாக்கிய அனைத்து பேரியோனிக் சாதாரணப் பொருளையும் உள்ளடக்கிய முழு காணக்கூடிய பிரபஞ்சமும் பிரபஞ்சத்தின் நிறை ஆற்றல் உள்ளடக்கத்தில் 4.9% மட்டுமே. கண்ணுக்குத் தெரியாத இருண்ட பொருள் 26.8% வரை உள்ளது (அதே நேரத்தில் பிரபஞ்சத்தின் நிறை ஆற்றல் உள்ளடக்கத்தில் மீதமுள்ள 68.3% இருண்ட ஆற்றல்). இருண்ட பொருள் உண்மையில் என்னவென்று தெரியவில்லை. துகள் இயற்பியலின் நிலையான மாதிரி (SM) இருண்ட பொருளாக இருக்கத் தேவையான பண்புகளைக் கொண்ட அடிப்படை துகள்களைக் கொண்டிருக்கவில்லை. நிலையான மாதிரியில் உள்ள துகள்களுடன் கூட்டாளிகளாக இருக்கும் "சூப்பர்சமச்சீர் துகள்கள்" இருண்ட பொருளை உருவாக்குகின்றன என்று கருதப்படுகிறது. அல்லது இருண்ட பொருளின் இணையான உலகம் இருக்கலாம். WIMPகள் (பலவீனமாக தொடர்பு கொள்ளும் பாரிய துகள்கள்), அச்சுகள் அல்லது மலட்டு நியூட்ரினோக்கள் "நிலையான மாதிரிக்கு அப்பால்" (BSM) கருதுகோள் துகள்கள் ஆகும், அவை முன்னணி வேட்பாளர்களாக உள்ளன. இருப்பினும், அத்தகைய துகள்களைக் கண்டறிவதில் இன்னும் வெற்றி பெறவில்லை. ஸ்டாண்டர்ட் மாடலால் பதிலளிக்க முடியாத பல திறந்த கேள்விகள் (பொருள்-எதிர்ப்பு சமச்சீரற்ற தன்மை, ஈர்ப்பு, இருண்ட ஆற்றல், நியூட்ரினோமாஸ் போன்றவை) உள்ளன. மேலும், 2012 ஆம் ஆண்டு ATLAS மற்றும் CMS சோதனைகள் மூலம் லார்ஜ் ஹாட்ரான் மோதலில் (LHC) ஹிக்ஸ் போஸான் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதைத் தொடர்ந்து, பிரபஞ்சத்தின் பரிணாம வளர்ச்சியில் ஹிக்ஸ் புலத்தின் பங்கு குறித்து விவாதிக்கத் தொடங்கியது.
மேலே உள்ள திறந்த கேள்விகளுக்கான சாத்தியமான பதில்கள் துகள் இயற்பியலின் நிலையான மாதிரியைத் தாண்டி உள்ளன. நிலையான மாதிரி துகள்களுடன் மிகவும் பலவீனமாக தொடர்பு கொள்ளும் புதிய, இலகுவான துகள்களின் இருப்பை ஒருவர் ஆராய வேண்டியிருக்கலாம். இதற்கு அதிக அளவு தரவு சேகரிப்பு மற்றும் அத்தகைய துகள்களின் உற்பத்தி சமிக்ஞைகளுக்கு மிக அதிக உணர்திறன் தேவைப்படும், இது FCC-ee (துல்லிய அளவீடு) இன் முதல் கட்டத்தின் கீழ் உள்ளது. அதிக ஆற்றல் வசதிகள் தேவைப்படும் புதிய, கனமான துகள்களின் இருப்பை ஆராய்வதும் அவசியம். FCC-hh (உயர் ஆற்றல்), FCC-இன் இரண்டாம் கட்டம் 100 TeV மோதல் ஆற்றல்களை அடைவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது (இது LHC இன் 13 TeV ஐ விட மிக அதிகம்). முதல் கட்ட எலக்ட்ரான்-பாசிட்ரான் (e+e-) மோதலின் வடிவத்தைப் பொறுத்தவரை, வட்ட வடிவம் (நேரியல் தோற்றத்துடன் ஒப்பிடும்போது) விரும்பப்படுகிறது, ஏனெனில் வட்ட வடிவம் நான்கு சோதனைகள் வரை அதிக ஒளிர்வை செயல்படுத்துகிறது மற்றும் அடுத்தடுத்த இரண்டாம் கட்ட உயர் ஆற்றல் ஹாட்ரான் மோதலுக்கு உள்கட்டமைப்பை வழங்குகிறது.
***
குறிப்புகள்:
- CERN. செய்திக்குறிப்பு – அடுத்த தலைமுறை மோதலுக்கான சாத்தியக்கூறு ஆய்வை CERN கவுன்சில் மதிப்பாய்வு செய்கிறது. 10 நவம்பர் 2025. கிடைக்கும் இடம் https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN. செய்திக்குறிப்பு – எதிர்கால வட்ட மோதலின் சாத்தியக்கூறு குறித்த அறிக்கையை CERN வெளியிடுகிறது. 31 மார்ச் 2025. கிடைக்கும் இடம் https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- எதிர்கால வட்ட மோதலுக்கான சாத்தியக்கூறு ஆய்வு இப்போது இறுதி செய்யப்பட்டுள்ளது. https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- எதிர்கால சுற்றறிக்கை மோதல் https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- FCC: இயற்பியல் வழக்கு. 27 மார்ச் 2024. https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
தொடர்புடைய கட்டுரைகள்:
- "மிக ஆரம்பகால பிரபஞ்சம்" பற்றிய ஆய்வுக்கான துகள் மோதல்கள்: மியூன் மோதல் நிரூபித்தது (31 அக்டோபர் 2024)
- CERN இயற்பியலில் 70 ஆண்டுகால அறிவியல் பயணத்தை கொண்டாடுகிறது (2 பிப்ரவரி 2024)
- இறுதியில் நாம் எதை உருவாக்குகிறோம்? பிரபஞ்சத்தின் அடிப்படைக் கட்டுமானத் தொகுதிகள் யாவை? (8 நவம்பர் 2021)
***
FCC பற்றிய சில கல்வி வீடியோக்கள்:
***
 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}