En internationell liga av forskare startar den decennier långa processen att utveckla efterträdaren till Large Hadron Collider, världens största och mest kraftfulla partikelaccelerator.

Mer än 500 forskare samlades i Berlin, Tyskland, från 29 maj till 2 juni för att diskutera framtiden för partikelfysik. Evenemanget organiserades av Future Circular Collider (FCC) Study, ett internationellt samarbete mellan fysiker, och fokuserade på att utveckla nästa Large Hadron Collider (LHC), som blir sju gånger starkare.

Värd av CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning, LHC ligger i framkant inom partikelforskning och accelererar partikelstrålar med hög energi kring en 27 kilometer lång looped tunnel. Det kolliderar dessa partiklar för att frigöra extrema energinivåer, och därmed, försöker avslöja universums svårfångade byggstenar.

Under 2012, LHC bekräftade förekomsten av Higgs -bosonet - den sista osynliga elementpartikeln i fysikens standardmodell, den som ger massa till all materia i vårt universum. Men att hitta Higgs -bosonen lämnade fysiker med fler frågor än svar.

EuroCirCol, en fyraårig europeisk finansierad studie, undersöker nu framtida experiment och den teknik som behövs för att komma dit. Projektet lägger grunden för en partikelaccelerator som är tre gånger större än LHC, med magneter med dubbel styrka som gör det möjligt för forskare att krossa partikelstrålar tillsammans med en effekt på upp till 100 tera elektronvolt-en acceleration av partiklar som ungefär motsvarar 10 miljoner blixtnedslag.

Enligt professor Michael Benedikt, ledare för FCC, detta energisprång kan låta oss upptäcka tidigare oobserverade partiklar ännu tyngre än Higgs -bosonen, vilket skulle ge en djupare inblick i de lagar som styr universum.

"När du tittar på saker som galaxernas rörelse, vi ser att vi bara kan förstå och förklara cirka 5 % av det vi observerar, "säger prof. Benedikt, som också är projektkoordinator för EuroCirCol.

"Men med frågor som det så kallade problemet med mörk materia, som är kopplat till det faktum att galaxer och stjärnor inte rör sig som du skulle förvänta dig, den enda förklaringen vi har är att det måste finnas materia som vi inte ser som förvränger rörelsen därefter. "

En annan fråga som måste ställas är varför en ny kolliderare behövs vid konstruktion av LHC, världens största vetenskapsanläggning, var först färdig 2008 och kostade cirka 4 miljarder euro.

Till en början, LHC sitter inte inaktiv. Det är på jakt efter ytterligare partiklar och signaturer av fysik fram till mitten av 2020-talet, varefter den bör uppgraderas i tio år med en ökning av partikelkollisioner.

Och det faktum att LHC officiellt tog nästan 30 år att skapa, från den första planeringen till att trycka på omkopplaren, betyder att forskare redan måste börja planera för sin efterträdare.

Professor Carsten P. Welsch, fysikchef vid University of Liverpool, säger att mänskligheten som vill förstå de bakomliggande naturprinciperna inte är den enda drivkraften bakom sådan vetenskap.

"Det fina med fysiken är att vi har dessa två strängar, "sade professor Welsch, som också är kommunikationskoordinator för EuroCirCol. "Å ena sidan är det att ställa de mycket grundläggande frågorna, men å andra sidan, det är inte att glömma att det nästan alltid finns en direkt länk till applikationer som gagnar samhället omedelbart. "

Tim Berners-Lee, en brittisk forskare vid CERN, uppfann World Wide Web 1989, men LHC ledde också till andra genombrott som hadronterapier för behandling av cancer och framsteg inom medicinsk bildbehandling.

Enligt professor Welsch, nästa LHC kan leda till mer strålningsbeständiga material som kan bära större kraft, som är tillämplig på framtida kärnreaktorer och kraftnät.

"Likaså, högfältsmagneterna kommer att hitta direkta tillämpningar på sjukhus där teknik som MR-skanningar kan förbättra sina upplösningar med ökade magnetfältstyrkor. "

Framtidens fysik

Professor Benedikt är övertygad om att acceleratorns designkoncept "kommer att leda till den prestanda vi vill och behöver". En prototyp av det avancerade kryogena strålvakuumsystemet som krävs för FCC testas redan i Tyskland, men oavsett det slutliga konceptet, Professor Benedikt säger att 2018 kommer att forma tekniska krav och mata in i FCC -studien för att starta förberedelserna.

Den formidabla prestationen att skapa nästa LHC skulle kräva globalt samarbete, tung finansiering och forskare fortfarande aktiva på 20 år, vid vilken tidpunkt räknar professor Welsch med att han har gått i pension.

Därför säger han att mycket av FCC -evenemanget är tillägnat uppsökande; frestar skolor och allmänheten med protonfotboll, en interaktiv LHC -tunnel, och augmented reality -acceleratorer.

Professor Welsch säger att det senare tillåter vem som helst att göra sin egen virtuella partikelaccelerator med en smartphone-app som förvandlar pappersbitar tryckta med QR-koder till högteknologiska komponenter.

"Jag lade en papperslåda på bordet, kameran och appen ser det som en jonpartikelkälla som sitter på mitt kontorsbord - liknande Pokémon Go - och här kan jag se partiklar flyga över mitt skrivbord. Lägga till en andra låda, Jag kan se hur en magnet böjer mina partiklar och så vidare. "

Han säger att sådan uppsökande verksamhet är avgörande för att inte bara föra de kommande generationerna in i vetenskapen utan att se till att alla fortfarande kan ansluta sig till och bli upphetsade av mer specialiserad forskning.

"Vi har fått sjuåriga barn, WHO, på frågan vad de gör, berätta för sina mödrar att de avböjer laddade partiklar med hjälp av dipolmagneter. "