Caro(a) Leitor(a);
Mapa esquemático mostrando uma possível localização para o futuro Colisor Circular (Imagem: CERN)
O que?
O estudo
Future Circular Collider (FCC) está desenvolvendo projetos para
colisionadores de partículas de maior desempenho que poderão suceder o Large
Hadron Collider ( LHC ) assim que este atingir o fim de
sua fase de alta luminosidade .
O Estudo
de Viabilidade do FCC , cujo relatório foi entregue em 31 de março de
2025, investigou a viabilidade técnica e financeira do FCC no CERN. O estudo
analisou as condições geológicas e ambientais, bem como conceitos tecnicamente
viáveis para infraestruturas, engenharia civil e detectores. Também delineou
os requisitos de P&D relativos à eficiência e sustentabilidade dos
colisionadores propostos.
Está previsto um novo túnel circular subterrâneo com 90,7
km de circunferência e profundidades de acesso entre 180 e 400 m,
com oito locais de superfície e quatro experimentos .
Inicialmente, o túnel abrigaria o FCC-ee , um colisor
elétron-pósitron para medições de precisão, com um programa de pesquisa de 15
anos a partir do final da década de 2040. Uma segunda máquina, o FCC-hh ,
seria então instalada no mesmo túnel, reutilizando a infraestrutura existente,
de forma semelhante ao que ocorreu quando o LHC substituiu o LEP . O FCC-hh tem como objetivo
atingir energias de colisão de 100 TeV, colidindo prótons e também íons
pesados, e operar até o final do século XXI.
Quando?
O cronograma provisório é o seguinte:
2025 : Divulgação do relatório do Estudo de
Viabilidade da FCC
2028 : Decisão dos Estados-Membros do CERN e dos primeiros
parceiros internacionais.
Início da década de 2030 :Início da construção
Final da década de 2040 : o FCC-ee inicia suas operações
e funciona por aproximadamente 15 anos.
Década de 2070 : O FCC-hh inicia suas operações e
funciona por aproximadamente 25 anos.
Para contextualizar, a justificativa física para o LHC foi apresentada em 1984; foram
necessários cerca de 10 anos para que o projeto fosse aprovado e 25 anos para
que os ímãs fossem desenvolvidos e instalados.
Por que?
Caso de física
A descoberta do bóson
de Higgs levou a novas perguntas , incluindo
"Qual foi o papel do campo de Higgs na evolução do Universo ?"
"O bóson de Higgs pode ajudar a explicar outras questões fundamentais em
aberto que o Modelo Padrão não consegue abordar,
incluindo a matéria escura e o excesso de matéria sobre a
antimatéria ?"
As soluções para essas questões podem ser encontradas no vasto panorama
de possíveis cenários da física além do Modelo Padrão. Alguns cenários sugerem
a existência de novas partículas mais pesadas , além do alcance do
LHC, exigindo instalações de energia mais elevada . Outros sugerem a
existência de partículas mais leves que interagem muito fracamente
com as partículas do Modelo Padrão e cuja detecção requer a coleta
de enormes quantidades de dados e grande sensibilidade aos
sinais sutis de sua produção. Ao proporcionar avanços consideráveis em
sensibilidade e precisão com o FCC-ee e, em última análise, energia
muito além do LHC com o FCC-hh , o programa FCC permitiria aos físicos
explorar completamente esse novo panorama.
O CERN possui diversas opções para futuros
colisionadores , que podem ser circulares ou lineares. A leveza
do bóson de Higgs e a ausência, até o momento, de outras novas partículas
elementares no LHC tornam os colisionadores e+e- circulares uma alternativa
atraente às máquinas lineares, pois permitem uma luminosidade
significativamente maior e até quatro experimentos, além de oferecerem a
infraestrutura para um futuro colisionador de hádrons.
Leia mais : FCC:
O caso da física no CERN Courier.
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FCC EM POUCAS PALAVRAS
Linha do tempo
2025 : Divulgação do relatório do Estudo de
Viabilidade da FCC
2028 : Decisão dos Estados-Membros do CERN e
parceiros internacionais
Túnel
90,7 km de circunferência
Profundidades de 180 a 400 m para poços de
acesso
8 locais de superfície (7 na França, 1 na
Suíça)
Duas etapas
FCC-ee (medições de precisão) cerca de 15
anos após o final da década de 2040
FCC-hh (alta energia) cerca de 25 anos a
partir da década de 2070
Custos/benefícios
15 bilhões de francos suíços , distribuídos
ao longo de cerca de 12 anos para o FCC-ee com quatro experimentos.
Relação custo-benefício socioeconômica positiva
Foram criados cerca de 800 mil anos-pessoa
de emprego.
|
Mapa esquemático mostrando uma possível localização para o futuro
Colisor Circular (Imagem: CERN)
Como?
Engenharia Civil
O meio ambiente é um foco particular dos estudos de engenharia
civil da FCC, visto que as atividades de construção resultariam em cerca de
16,4 milhões de toneladas de materiais escavados ao longo de um período de
cinco anos.
|
Projetos de construção comparativos
|
Milhões de toneladas de material escavado
|
|
FCC
|
16,4
|
|
Gotthard
|
28.2
|
|
Grande Paris
|
43
|
|
Lyon Turim
|
37
|
|
HS2 Fase 1
|
130
|
|
Crossrail
|
8
|
|
Stuttgart 21
|
40
|
O Estudo de Viabilidade da FCC realizou uma análise do ciclo de vida da
fase de construção para desenvolver abordagens que ajudem a minimizar os
efeitos da construção no clima .
O concurso Mining the Future identificou formas
credíveis e inovadoras de reutilizar parte dos materiais
escavados, incluindo a utilização de calcário para a produção de betão e estabilização
de construções no âmbito do projeto, a reutilização de materiais escavados
para aterrar pedreiras e minas e a transformação em solo fértil para projetos
de recuperação ambiental .
Um projeto em uma área de 10.000 m² no CERN, chamado OpenSkyLab, foi lançado para
desenvolver processos com garantia de qualidade para a transformação de melaço
em solo fértil.
Água
Uma reavaliação minuciosa revelou que a necessidade máxima de água
durante a operação do FCC-ee na energia de colisão mais alta pode ser
mantida abaixo de 3 milhões de m³ por ano, o
que corresponde aproximadamente ao consumo atual de água do LHC .
Durante os primeiros dez anos do programa de pesquisa, o consumo de água fica
bem abaixo desse valor, na ordem de 1 milhão de m³ por ano .
Estão previstos oito locais de superfície para infraestrutura
técnica ou experiências científicas, sendo sete na França e um na Suíça: o
local PA em Ferney Voltaire, o PB em Présinge (Suíça), o PD em Nangy, o PF em
Éteaux, o PG em Charvonnex e Groisy, o PH em Cercier e Marlioz, o PJ em Vulbens
e Dingy-en-Vuache e o PL em Challex. (Imagem: CERN )
Retorno
do investimento
Além
da criação de novos conhecimentos , estudos demonstram
que, mesmo considerando premissas conservadoras, o FCC traria benefícios que
superariam seus custos. Haveria benefícios econômicos para os setores industrial e
de serviços devido às atividades de coconstrução. O treinamento contínuo
de pesquisadores e engenheiros em início de carreira, o desenvolvimento de software livre
e aberto , a criação de empresas
derivadas , bens culturais e
outros fatores levam a um desempenho socioeconômico positivo geral, mesmo considerando
os impactos ambientais . O projeto FCC está
ligado à criação de cerca de 800.000 anos-pessoa de emprego ,
e estima-se que o programa científico FCC-ee gere um impacto
econômico local total de mais de € 4 bilhões .
Leia mais : A importância das máquinas no CERN
Courier.
Eletricidade
O
FCC-ee seria o maior acelerador de partículas já construído, com suas cavidades
de radiofrequência eOs
sistemas magnéticos e criogênicos consomem a maior parte da energia.
O consumo de eletricidade do FCC-ee deverá variar entre
1,1 e 1,8 TWh/ano, dependendo do modo de
operação da máquina. Graças aos esforços contínuos de P&D ,
espera-se que o consumo de energia do FCC-ee seja de 30 a 40% menor do
que seria se fosse construído com as tecnologias atuais. A equipe de estudo
também está trabalhando com empresas de engenharia para identificar
oportunidades de reutilização da energia ,
fornecendo aquecimento para instituições
públicas , indústrias
locais e residências .
|
Consumo de energia comparativo
|
TWh/ano
|
|
FCC-ee
|
Entre 1.1 e 1.8
|
|
LHC
|
1.3
|
|
LHC de Alta Luminosidade
|
1.6
|
|
Centro de dados hiperescalável
|
1.4
|
|
Fábrica típica de produção
química
|
5,5
|
|
produção de eletricidade francesa
|
510
|
A
energia elétrica seria fornecida pela rede elétrica francesa através
de uma subestação existente e duas novas subestações.
Embora
a eletricidade consumida atualmente no CERN já seja em grande parte proveniente
de fontes descarbonizadas, estudos realizados com empresas de consultoria
energética indicam que a eletricidade para a construção pode ser consumida de fontes de
energia renováveis e que grande parte da
eletricidade para as operações pode ser fornecida por fontes de energia
renováveis.
Custo
O
custo de um FCC-ee com quatro pontos de interação é estimado em CHF 15
bilhões, distribuídos ao longo de um período de
cerca de 12 anos ,
com cerca de um terço sendo
consumido pelo túnel .
Leia mais : "A
importância das máquinas e a
construção de túneis para o futuro" no CERN Courier.
Onde?
Após
oito anos de estudo, uma configuração foi identificada dentre cerca de 100
variantes como sendo particularmente adequada. Este cenário prevê um túnel com circunferência de
aproximadamente 90,7 km , oito locais de
superfície com instalações subterrâneas
acessíveis por meio de poços com profundidades entre 180 e 400 metros. O
cenário contempla quatro experimentos .
O
processo de desenvolvimento de cenários reduziu consideravelmente a necessidade
de área terrestre em mais de 60% em comparação com os planos iniciais. A FCC
reutilizaria instalações existentes do CERN, como
o sítio de superfície do Ponto 8 do LHC em Ferney-Voltaire (para a área de
produção da FCC) e o sítio de Prévessin para o complexo de injetores da FCC.
Leia mais : Onde e
como no CERN Courier.
Quem?
A colaboração
global da FCC abrange mais de 140 institutos em
mais de 30 países ,
e novos parceiros ainda estão sendo buscados para trabalhar em pesquisa e
desenvolvimento.
Leia mais : O
fator humano no correio do CERN.
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Para saber mais, acesse o link>
https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
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