Pesquisa Científica: O Futuro Colisor Circular

domingo, 11 de janeiro de 2026

O Futuro Colisor Circular - Colosor de Partículas

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.

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>

Fonte: CERN

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

Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).