为了解答标准模型无法解答的诸多未解之谜（例如，构成暗物质的基本粒子是什么？为什么物质主导宇宙？为什么存在物质-反物质不对称？引力的力粒子是什么？暗能量是什么？中微子的质量是多少？等等），我们或许需要超越标准模型，探索是否存在与标准模型粒子相互作用极弱的新型轻粒子，以及是否存在现有大型强子对撞机（LHC）无法探测到的新型重粒子。拟建的未来环形对撞机（FCC）将使我们能够寻找标准模型之外的此类基本粒子。欧洲核子研究中心（CERN）理事会已审阅了FCC可行性研究报告。预计CERN理事会将于2028年左右就FCC的建设做出最终决定。如果获得批准，FCC的建设可能在2030年代启动。它将位于日内瓦附近，与LHC的建设地点大致相同，周长约100公里，埋深约200米。它将接替将于2041年停止运行的大型强子对撞机（LHC）。FCC将分两个阶段实施。第一阶段FCC-ee将是一台用于精确测量以寻找更轻粒子的电子-正电子对撞机，并将从2040年代末开始开展为期15年的研究计划。第一阶段完成后，第二台机器FCC-hh（高能型）将在同一隧道内投入使用。第二阶段的目标是达到100 TeV的碰撞能量（远高于LHC的13 TeV），以寻找更重的粒子。该阶段将于2070年代投入运行，并将持续运行至21世纪末。
2025 年 11 月 6 日至 7 日，欧洲核子研究中心理事会（由欧洲核子研究中心成员国和准成员国的代表组成）审查了拟议的未来环形对撞机 (FCC) 可行性研究的结果。
此前，欧洲核子研究中心（CERN）与CERN成员国、准成员国及其他地区的机构合作，开展了一项评估未来环形对撞机（FCC）可行性的研究。该研究报告于2025年3月31日发布，并经CERN理事会下属机构审阅。此外，独立专家委员会也对该报告进行了审查，并根据所提供的资料指出，FCC在技术上似乎是可行的。
欧洲核子研究中心（CERN）理事会代表于2025年11月6日至7日召开专门会议，审议了FCC可行性研究报告，并得出结论：该可行性研究为继续开展FCC研究奠定了基础。这是向CERN理事会可能于2026年5月批准FCC项目迈出的重要一步，届时所有建议将提交理事会审议。CERN理事会预计将于2028年左右就FCC的建设做出最终决定。
未来环形对撞机（FCC）是欧洲核子研究中心（CERN）提议建造的下一代粒子对撞机之一。它预计将取代大型强子对撞机（LHC），后者将于2041年停止运行。CERN目前正在努力寻找下一个能够取代LHC的对撞机，LHC是CERN目前的主力对撞机。
大型强子对撞机（LHC）于2008年投入使用，是一个周长27公里的圆形对撞机，位于日内瓦附近地下100米处。目前，它是世界上规模最大、能量最高的对撞机，能够产生能量高达13万亿电子伏特（TeV）的碰撞，这是迄今为止加速器所能达到的最高能量。它将强子加速到接近光速，然后模拟早期宇宙的条件，使它们发生碰撞。
| 粒子加速器/对撞机是通往极早期宇宙的窗口 |
| “极早期宇宙”指的是宇宙的最初阶段（大爆炸后最初的三分钟），当时宇宙温度极高，完全由辐射主导。普朗克时期是辐射时代的第一个时期，从大爆炸持续到10⁻¹⁰年。-43 温度为 1032 在普朗克时期，宇宙温度极高。普朗克时期之后是夸克时期、轻子时期和核时期；所有这些时期都很短暂，但都以极高的温度为特征，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低。 直接研究宇宙的早期阶段是不可能的。我们所能做的，是在粒子加速器中重现宇宙早期阶段的条件。加速器/对撞机中粒子碰撞产生的数据，为我们提供了一个间接了解早期宇宙的窗口。 对撞机是粒子物理学中非常重要的研究工具。它们是圆形或直线形的机器，可以将粒子加速到接近光速的极高速度，并使它们与来自相反方向的另一个粒子或靶标发生碰撞。 碰撞会产生数万亿开尔文级别的极高温度（类似于辐射时代早期的情况）。碰撞粒子的能量会叠加，因此碰撞能量更高。 碰撞能量会转化为物质，以粒子的形式存在于早期宇宙中，这符合质能对称性。例如，当亚原子粒子电子与其反物质伙伴正电子碰撞时，物质和反物质会湮灭并释放能量。各种新的基本粒子会从释放的能量中凝聚而成。这些新粒子可能是希格斯玻色子或顶夸克，它们是构成物质的非常重的亚原子粒子。或许，它们也可能是暗物质粒子和超对称粒子，这些粒子尚未被发现。 在极早期宇宙的条件下，高能粒子之间的相互作用为我们打开了一扇通往当时难以触及的世界的窗口。对碰撞产物的分析丰富了我们对基本粒子的理解，并为我们理解物理学的基本定律提供了途径。粒子加速器是研究极早期宇宙的重要工具。强子对撞机（特别是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机LHC）和正负电子对撞机在探索极早期宇宙方面处于领先地位。大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS和CMS实验于2012年成功发现了希格斯玻色子。 （资源： 用于研究“极早期宇宙”的粒子对撞机：μ 子对撞机演示) |
欧洲核子研究中心的高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）将通过增加碰撞次数来提升大型强子对撞机（LHC）的性能，从而能够更详细地研究已知的碰撞机制。它预计将于2029年投入运行。
拟建的未来环形对撞机（FCC）将是比大型强子对撞机性能更高的粒子对撞机。FCC旨在探索大型强子对撞机（LHC）无法探测到的新型重粒子，以及与标准模型粒子相互作用极弱的轻粒子。FCC周长约100公里，位于地下约200米处，与LHC的建造地点相近。如果获得批准，FCC的建设可能在2030年代启动。
FCC项目将分两个阶段实施。第一阶段，FCC-ee，将是一台用于精密测量的正负电子对撞机，并将从2040年代末开始开展为期15年的研究项目。该阶段完成后，第二台机器，即FCC-hh（高能对撞机），将在同一隧道内投入使用。FCC-hh的目标是实现100 TeV的强子（质子）与重离子碰撞能量。FCC-hh将于2070年代投入运行，并将持续运行至21世纪末。
FCC存在的意义是什么？它将发挥什么作用？
包括构成我们身体的所有重子物质在内的整个可观测宇宙，仅占宇宙质量能量的4.9%。不可见的暗物质则占宇宙质量能量的26.8%（而宇宙剩余的68.3%是暗能量）。暗物质究竟是什么，我们尚不清楚。粒子物理学的标准模型（SM）中没有具备构成暗物质所需性质的基本粒子。人们认为，或许与标准模型粒子类似的“超对称粒子”构成了暗物质。又或许，存在一个暗物质的平行世界。弱相互作用大质量粒子（WIMP）、轴子或惰性中微子是“超越标准模型”（BSM）的假想粒子，也是最有希望的候选者。然而，目前尚未探测到任何此类粒子。标准模型无法解答许多其他未解之谜（例如物质-反物质不对称性、引力、暗能量、中微子质量等）。此外，在 2012 年大型强子对撞机 (LHC) 上的 ATLAS 和 CMS 实验发现希格斯玻色子之后，人们开始讨论希格斯场在宇宙演化中的作用。
上述未解之谜的可能答案超越了粒子物理标准模型的范畴。我们或许需要探索是否存在与标准模型粒子相互作用极弱的新型轻粒子。这将需要大量的数据收集以及对这类粒子产生信号的极高灵敏度，而这正是FCC第一阶段——FCC-ee（精密测量）——的研究范围。探索是否存在新型重粒子也至关重要，而这需要高能设施。FCC的第二阶段——FCC-hh（高能）——旨在达到100 TeV的碰撞能量（远高于LHC的13 TeV）。至于第一阶段电子-正电子（e+e-）对撞机的形状，圆形（而非线性）是首选，因为圆形能够实现更高的亮度，最多可容纳四个实验，并为后续第二阶段的高能强子对撞机提供基础设施。
***
参考文献：
- 欧洲核子研究中心（CERN）。新闻稿——欧洲核子研究中心理事会审查下一代对撞机可行性研究。2025年11月10日。可访问以下网址获取： https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- 欧洲核子研究中心（CERN）。新闻稿——欧洲核子研究中心发布未来环形对撞机可行性报告。2025年3月31日。可访问以下网址获取： https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- 未来环形对撞机可行性研究现已完成。 https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- 美国联邦通信委员会：物理学案例。2024年3月27日。 https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
相关文章：
- 用于研究“极早期宇宙”的粒子对撞机：μ 子对撞机演示 （31十月2024）
- CERN 庆祝物理学科学之旅 70 周年 （2二月2024）
- 我们最终由什么组成？ 什么是宇宙的基本构件？ （2021年11月8日）
***
一些关于FCC的教育视频：
***
 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}