Pas in 2042 gaat de Large Hadron Collider (LHC) met pensioen. Toch zijn Europese deeltjesfysici al jaren achter de schermen druk bezig met de opvolger van deze deeltjesversneller – of liever gezegd: met een aantal potentiële opvolgers. Gaan we weer voor een cirkelvormige of toch een lineaire? Laten we elektronen op positronen botsen, of elektronen op protonen? En zetten we in op een ambitieus ontwerp met een enorm prijskaartje of op een bescheidener ontwerp dat ‘maar’ een paar miljard hoeft te kosten?

Van alle varianten die op tafel lagen, is er stiekem al een tijdje een duidelijke favoriet: de Future Circular Collider (FCC). Eind vorig jaar besloot de zogenoemde European Strategy Group op basis van inbreng vanuit alle lidstaten en een sessie van een week in Venetië dat deze versneller “wetenschappelijk gezien de beste weg voorwaarts zou zijn voor CERN”, zegt Raimond Snellings, deeltjesfysicus aan de Universiteit van Utrecht en Nikhef. Nu heeft de CERN Council – waar Snellings sinds begin dit jaar namens Nederland deel van uitmaakt – dat oordeel overgenomen en de Europese langetermijnstrategie op deeltjesfysicagebied daaraan aangepast.

Minder rommelig

De FCC moet een – min of meer – cirkelvormige versneller worden met een omtrek van 91 kilometer. In de eerste fase, de FCC-ee (2046-2063), botsen in deze tunnel geen protonen op elkaar, maar elektronen op positronen. Nadeel van deze deeltjes is dat ze veel energie verliezen als ze de bocht om gaan; daardoor zullen hun botsingsenergieën een stuk lager zijn dan die protonen in de LHC halen.

Voordeel van botsingen tussen elektronen en positronen is dat deze deeltjes elkaar annihileren, waarbij hun massa’s volledig worden omgezet in energie. Dat leidt tot veel minder ‘rommelige’, makkelijker te analyseren botsingen, waardoor de eigenschappen van het higgsboson en andere deeltjes in veel meer detail te bestuderen zullen zijn.

Na de FCC-ee moet dan, in dezelfde tunnel, de volgende grote versneller komen: de FCC-hh. Hierin zullen weer protonen op elkaar botsen, net als in de LHC – zij het met een zes keer zo hoge energie. Volgens de huidige plannen zouden de eerste botsingen in de FCC-hh in 2073 moeten plaatsvinden.

Impressie van een blik in de tunnel van de Future Circular Collider, de beoogde volgende Europese deeltjesversneller.
Illustratie: PIXELRISE

Private donateurs

CERN hoopt in 2028 de knoop definitief door te kunnen hakken. Daarvóór moet met name worden onderzocht of en hoe de kosten – geraamd op 15 miljard euro – gedekt kunnen worden. Deels kan dat vanuit de bijdragen van de lidstaten, zegt Snellings; samen goed voor ongeveer een miljard per jaar. Daarnaast wist de vorige directeur-generaal van CERN, Fabiola Gianotti, ongeveer een miljard euro op te halen bij private donateurs. Verder valt te denken aan bijdragen vanuit de EU en de twee gastlanden van de versneller: Frankrijk en Zwitserland.

Alle regio’s waar de versneller onderdoor gaat moeten ook de komende jaren nog akkoord gaan met de plannen, zegt Nikhef-directeur Jorgen D’Hondt. Vooral omdat er ook een aantal bovengrondse locaties zullen zijn, via schachten verbonden met de tunnel. “Die locaties moeten we nu vrijwaren, zodat daar straks niet ineens een school, appartementengebouw of voetbalveld wordt neergezet.”

Mocht de komende jaren blijken dat de FCC toch geen optie is, dan zal CERN op zoek gaan naar een alternatief – bijvoorbeeld een van de andere ontwerpen die eerder op tafel lagen. “Maar wetenschappelijk gezien leveren die gewoon niet dezelfde mogelijkheden”, zegt Snellings. “Met de FCC blijft Europa echt leidend binnen de deeltjesfysica.”