100TeV 에너지를 목표로 한 차세대 입자 가속기 FCC

(A schematic map showing a possible location for the Future Circular Collider (Image: CERN))

유럽 입자 물리 연구소 CERN은 현재 세계에서 가장 강력한 입자 가속기인 거대 강입자 충돌기 LHC를 운용하고 있습니다. 56억 달러를 투입해 2010년부터 가동에 들어간 LHC는 힉스 보존의 발견 등 굵직한 성과를 내며 현대 물리학의 최전선에서 활약하고 있습니다.

하지만 LHC의 수명도 2040년대 정도로 그 이후에는 LHC의 에너지로도 밝힐 수 없는 현상을 규명하기 위해 더 강력한 입자 가속기가 필요합니다. 이것이 현재 논의되고 있는 미래 원형 충돌기 (Future Circular Collider (FCC))입니다.

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FCC는 차세대 초전도체를 이용해 더 강력한 힘을 낼 수 있습니다. 전자 - 양성자 충돌기로 목표 출력은 100TeV에 달합니다. 이는 LHC의 13.6TeV를 훨씬 뛰어넘는 것으로 빅뱅 초기 상태에 더 가까이 다가가 당시에 어떤 일이 있어는지 더 깊이 이해하는 데 도움을 줄 것으로 생각됩니다.

특히 기대되는 분야는 아직도 그 정체를 모르는 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체입니다. 우리가 지금 관측하는 별이나 은하 가스 같은 일반적인 물질은 우주에 있는 물질과 에너지의 5%에 불과하며 나머지는 암흑 물질과 암흑 에너지이지만, 현재까지 그 정체에 대한 단서는 없는 상태입니다. FCC는 여기에 대한 결정적 단서를 제공할지도 모릅니다.

FCC는 현재 기초 기술 개발 단계 및 디자인 리뷰 중으로 그 스펙은 언제든지 바뀔 수 있습니다. 지금 단계에서는 첫 건설 단계에 170억 달러의 자금이 필요해 자금 조달이 걸림돌이 될 가능성도 있습니다.

만약 순조롭게 진행된다면 FCC는 2033년부터 착공해 2048년 첫 입자 충돌을 시도할 것입니다. 길이는 90.7km이고 지름은 5.5m 입니다. 운용 시기는 2070년대까지 예상하고 있습니다.

아무래도 자금 조달이 가장 큰 걸림돌이 될 것 같은데, 인류 역사상 가장 거대한 슈퍼 입자 충돌기가 순조롭게 진행 될 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2024-02-europe-huge-particle-collider.html

https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider

https://en.wikipedia.org/wiki/Future_Circular_Collider

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