کھلے سوالات کے جوابات کی تلاش (جیسے کہ کون سے بنیادی ذرات تاریک مادّہ بناتے ہیں، مادہ کائنات پر کیوں غلبہ رکھتا ہے اور مادّے کے خلاف عدم توازن کیوں ہے، کشش ثقل کے لیے قوت ذرہ کیا ہے، تاریک توانائی، نیوٹرینو ماس وغیرہ) جن کو معیاری ماڈل حل نہیں کر سکتا، کسی کو معیاری ماڈل سے آگے دیکھنے کی ضرورت ہو سکتی ہے، جو معیاری ماڈل کے ساتھ بہت زیادہ کمزور روشنی کے ساتھ تعامل کر سکتے ہیں۔ ماڈل پارٹیکلز کے ساتھ ساتھ موجودہ LHC سہولت کی پہنچ سے باہر نئے، بھاری ذرات کے وجود کو بھی دریافت کریں۔ مجوزہ فیوچر سرکلر کولائیڈر (FCC) معیاری ماڈل سے باہر ایسے بنیادی ذرات کے وجود کی تلاش کو ممکن بنائے گا۔ CERN کونسل نے اب FCC فزیبلٹی اسٹڈی رپورٹ کا جائزہ لیا ہے۔ CERN کونسل کی طرف سے FCC کی تعمیر کے بارے میں حتمی فیصلہ 2028 کے آس پاس متوقع ہے۔ اگر منظوری مل جاتی ہے تو FCC کی تعمیر 2030 میں شروع ہو سکتی ہے۔ یہ تقریباً 100 کلومیٹر کے دائرے میں ہوگا جو کہ جنیوا کے قریب LHC کے اسی مقام کے قریب زمین سے 200 میٹر نیچے واقع ہے۔ یہ Large Hadron Collider (LHC) کی جگہ لے گا، جو 2041 میں اپنے آپریشنز کے اختتام کو پہنچنے والا ہے۔ FCC کو دو مراحل میں نافذ کیا جائے گا۔ پہلا مرحلہ، FCC-ee ہلکے ذرات کی تلاش کی سمت درست پیمائش کے لیے ایک الیکٹران – پوزیٹرون ٹکرانے والا ہوگا، جو 2040 کی دہائی کے آخر سے 15 سالہ تحقیقی پروگرام پیش کرے گا۔ اس مرحلے کی تکمیل پر، ایک دوسری مشین، FCC-hh (ہائی انرجی)، اسی سرنگ میں لگائی جائے گی۔ دوسرے مرحلے کا مقصد بھاری ذرات کی تلاش کے لیے 100 TeV (LHC کے 13 TeV سے بہت زیادہ) کی ٹکراؤ کی توانائیوں تک پہنچنا ہے۔ یہ مرحلہ 2070 میں کام کرے گا اور 21 ویں صدی کے آخر تک چلے گا۔
6-7 نومبر 2025 کو، CERN کونسل (جس میں CERN کے ممبر اور ایسوسی ایٹ ممبر ممالک کے مندوبین شامل ہیں) نے مجوزہ فیوچر سرکلر کولائیڈر (FCC) کے لیے فزیبلٹی اسٹڈی کے نتائج کا جائزہ لیا۔
قبل ازیں، CERN نے CERN کے ممبر اور ایسوسی ایٹ ممبر ممالک اور اس سے آگے کے اداروں کے ساتھ مل کر فیوچر سرکلر کولائیڈر (FCC) کی فزیبلٹی کا جائزہ لینے کے لیے ایک مطالعہ کیا۔ یہ رپورٹ 31 مارچ 2025 کو جاری کی گئی تھی جس کا CERN کونسل کے ماتحت اداروں نے جائزہ لیا تھا۔ رپورٹ کا جائزہ آزاد ماہر کمیٹیوں نے بھی کیا، جس میں کہا گیا کہ FCC پیش کردہ دستاویزات کی بنیاد پر تکنیکی طور پر قابل عمل دکھائی دیتا ہے۔
CERN کونسل کے مندوبین نے اب 6 -7 نومبر 2025 کو ایک وقف میٹنگ میں FCC فزیبلٹی اسٹڈی رپورٹ کا جائزہ لیا اور اس نتیجے پر پہنچے کہ فزیبلٹی اسٹڈی FCC اسٹڈیز کو جاری رکھنے کی بنیاد فراہم کرتی ہے۔ مئی 2026 میں CERN کونسل کی طرف سے FCC کی ممکنہ منظوری کی طرف یہ ایک اہم قدم ہے جب تمام سفارشات اس کے سامنے غور کے لیے پیش کی جائیں گی۔ CERN کونسل کی طرف سے FCC کی تعمیر کے بارے میں حتمی فیصلہ 2028 کے آس پاس متوقع ہے۔
فیوچر سرکلر کولائیڈر (FCC) CERN میں مجوزہ اگلی نسل کے پارٹیکل کولائیڈرز میں سے ایک ہے۔ یہ لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) کے کامیاب ہونے کی توقع ہے، جو 2041 میں اپنے آپریشنز کے اختتام کو پہنچ جائے گا۔ CERN فی الحال LHC کی کامیابی کے لیے اگلے کولائیڈر کی شناخت کے لیے کام کر رہا ہے جو کہ CERN کا موجودہ ورک ہارس ہے۔
2008 میں شروع کیا گیا، Large Hadron Collider (LHC) ایک سرکلر کولائیڈر ہے جس کا طواف 27 کلومیٹر ہے اور یہ جنیوا کے قریب زمین سے 100 میٹر نیچے واقع ہے۔ اس وقت، یہ دنیا کا سب سے بڑا اور سب سے طاقتور ٹکرانے والا ہے جو 13 ٹیرا الیکٹرون وولٹس (TeV) کی توانائی پر تصادم پیدا کرتا ہے جو کہ ایک ایکسلریٹر کے ذریعے حاصل کی جانے والی سب سے زیادہ توانائی ہے۔ یہ روشنی کی رفتار کے قریب ہیڈرون کو تیز کرتا ہے، پھر ابتدائی کائنات کے حالات کی نقل کرتے ہوئے ان سے ٹکراتا ہے۔
| پارٹیکل ایکسلریٹر/کولائیڈرز بہت ابتدائی کائنات کی کھڑکی ہیں۔ |
| "بہت ابتدائی کائنات" سے مراد کائنات کا ابتدائی مرحلہ ہے (بگ بینگ کے فوراً بعد پہلے تین منٹ) جب یہ انتہائی گرم تھی اور کائنات پر مکمل طور پر تابکاری کا غلبہ تھا۔ پلانک عہد تابکاری کے دور کا پہلا عہد ہے جو بگ بینگ سے لے کر 10 تک جاری رہا۔43- s 10 کے درجہ حرارت کے ساتھ32 K، کائنات اس دور میں انتہائی گرم تھی۔ پلانک عہد کے بعد کوارک، لیپٹن اور نیوکلیئر عہد کا آغاز ہوا۔ یہ سب قلیل المدت تھے لیکن ان کی خصوصیت انتہائی بلند درجہ حرارت تھی جو کائنات کے پھیلنے کے ساتھ ساتھ آہستہ آہستہ کم ہوتی گئی۔ کائنات کے اس ابتدائی مرحلے کا براہ راست مطالعہ ممکن نہیں ہے۔ جو کچھ کیا جا سکتا ہے وہ یہ ہے کہ کائنات کے اس مرحلے کے حالات کو پارٹیکل ایکسلریٹر میں دوبارہ بنایا جائے۔ ایکسلریٹر/ٹکرانے والے ذرات کے تصادم سے پیدا ہونے والا ڈیٹا بہت ابتدائی کائنات کے لیے بالواسطہ ونڈو پیش کرتا ہے۔ کولائیڈرز پارٹیکل فزکس میں بہت اہم ریسرچ ٹولز ہیں۔ یہ سرکلر یا لکیری مشینیں ہیں جو روشنی کی رفتار کے قریب ذرات کو بہت تیز رفتار سے تیز کرتی ہیں اور انہیں مخالف سمت سے آنے والے کسی دوسرے ذرے سے یا ہدف کے خلاف ٹکرانے کی اجازت دیتی ہیں۔ تصادم کھربوں کیلون کی ترتیب میں انتہائی اعلی درجہ حرارت پیدا کرتے ہیں (تابکاری دور کے ابتدائی دور میں موجود حالات کی طرح)۔ ٹکرانے والے ذرات کی توانائیاں شامل ہوتی ہیں اس لیے تصادم کی توانائی زیادہ ہوتی ہے۔ تصادم کی توانائی مادّہ میں ذرات کی شکل میں تبدیل ہوتی ہے جو بڑے پیمانے پر توانائی کی ہم آہنگی کے مطابق بہت ابتدائی کائنات میں موجود تھے۔ مثال کے طور پر، جب ذیلی ایٹمی ذرات الیکٹران اپنے اینٹی میٹر پارٹنر پوزیٹرون سے ٹکراتے ہیں تو مادہ اور اینٹی میٹر فنا ہو جاتے ہیں اور توانائی خارج ہوتی ہے۔ مختلف قسم کے نئے ابتدائی ذرات جاری ہونے والی توانائی سے گاڑھے ہوتے ہیں۔ نئے ذرات ہگز بوسنز یا ٹاپ کوارک ہو سکتے ہیں، جو مادے کے ذیلی ایٹمی بلڈنگ بلاکس کی بہت بھاری قسم ہیں۔ ہو سکتا ہے، تاریک مادے کے ذرات اور انتہائی ہم آہنگی والے ذرات بھی، ایسی چیز جس کا ابھی تک دریافت ہونا باقی ہے۔ ابتدائی کائنات میں موجود حالات میں اعلی توانائی کے ذرات کے درمیان اس طرح کے تعاملات اس وقت کی دوسری صورت میں ناقابل رسائی دنیا کو ونڈوز فراہم کرتے ہیں اور تصادم کی ضمنی مصنوعات کا تجزیہ بنیادی ذرات کے بارے میں ہماری سمجھ کو بہتر بناتا ہے اور طبیعیات کے حکمرانی قوانین کو سمجھنے کا ایک طریقہ پیش کرتا ہے۔ پارٹیکل ایکسلریٹر کو بہت ابتدائی کائنات کے مطالعہ کے لیے تحقیقی ٹولز کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ Hadron colliders (خاص طور پر CERN کے Large Hadron Collider LHC) اور الیکٹران-پوزیٹران ٹکرانے والے بہت ابتدائی کائنات کی تلاش میں سب سے آگے ہیں۔ لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) میں ATLAS اور CMS کے تجربات 2012 میں ہگز بوسون کو دریافت کرنے میں کامیاب رہے۔ (ماخذ: "بہت ابتدائی کائنات" کے مطالعہ کے لیے ذرہ ٹکرانے والے: Muon collider کا مظاہرہ) |
CERN کا ہائی-لومینوسیٹی لارج ہیڈرون کولائیڈر (HL – LHC) تصادم کی تعداد میں اضافہ کرکے LHC کی کارکردگی کو بہتر بنائے گا تاکہ معلوم میکانزم کا زیادہ تفصیل سے مطالعہ کیا جاسکے۔ اس کے 2029 تک کام کرنے کا امکان ہے۔
مجوزہ فیوچر سرکلر کولائیڈر (FCC) بڑے ہائیڈرون کولائیڈر کے مقابلے میں اعلیٰ کارکردگی والا پارٹیکل کولائیڈر ہوگا۔ Large Hadron Collider (LHC) کی پہنچ سے باہر، نئے، بھاری ذرات کی موجودگی اور معیاری ماڈل کے ذرات کے ساتھ بہت کمزور تعامل کرنے والے ہلکے ذرات کے وجود کو دریافت کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا، FCC اسی مقام کے قریب زمین سے 200 میٹر نیچے واقع فریم میں تقریباً 100 کلومیٹر ہوگا۔ اگر منظوری دی گئی تو FCC کی تعمیر 2030 میں شروع ہو سکتی ہے۔
ایف سی سی کو دو مراحل میں نافذ کیا جائے گا۔ پہلا مرحلہ، FCC-ee درست پیمائش کے لیے ایک الیکٹران-پوزیٹران ٹکرانے والا ہوگا۔ یہ 2040 کی دہائی کے آخر سے 15 سالہ تحقیقی پروگرام پیش کرے گا۔ اس مرحلے کی تکمیل پر، ایک دوسری مشین، FCC-hh (ہائی انرجی)، اسی سرنگ میں لگائی جائے گی۔ اس کا مقصد 100 TeV ٹکرانے والے ہیڈرونز (پروٹون) اور بھاری آئنوں کے تصادم کی توانائیوں تک پہنچنا ہے۔ FCC-hh 2070 میں کام کرے گا اور 21 ویں صدی کے آخر تک چلے گا۔
ایف سی سی کی ضرورت کیوں ہے؟ اس کا کیا مقصد ہوگا؟
پوری قابل مشاہدہ کائنات بشمول تمام بیریونک عام مادّہ جو کہ ہم سب کائنات کے ماس انرجی مواد کا صرف 4.9% سے مل کر بنے ہیں۔ پوشیدہ تاریک مادّہ زیادہ سے زیادہ 26.8% پر مشتمل ہے (جبکہ کائنات کی ماس انرجی کا باقی 68.3% حصہ ڈارک انرجی ہے)۔ یہ معلوم نہیں ہے کہ تاریک مادہ دراصل کیا ہے۔ پارٹیکل فزکس کے اسٹینڈرڈ ماڈل (SM) میں ایسے کوئی بنیادی ذرات نہیں ہیں جن کی خصوصیات تاریک مادے کے لیے ضروری ہیں۔ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ شاید "سپرسمیٹرک پارٹیکلز" جو معیاری ماڈل میں ذرات کے شراکت دار ہیں، تاریک مادّہ بناتے ہیں۔ یا شاید تاریک مادے کی ایک متوازی دنیا ہے۔ WIMPs (کمزور طور پر تعامل کرنے والے بڑے پیمانے پر ذرات)، محور، یا جراثیم سے پاک نیوٹرینو مفروضے والے ذرات "بیونڈ دی سٹینڈرڈ ماڈل" (BSM) ہیں جو امیدوار ہیں۔ تاہم ابھی تک ایسے کسی ذرات کا پتہ لگانے میں کوئی کامیابی نہیں ملی۔ بہت سے دوسرے کھلے سوالات ہیں (جیسے مادہ مخالف مادّہ کی توازن، کشش ثقل، تاریک توانائی، نیوٹرینوماس وغیرہ) جن کا معیاری ماڈل جواب نہیں دے سکتا۔ نیز، کائنات کے ارتقاء میں ہگز فیلڈ کے کردار پر 2012 میں لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) میں ATLAS اور CMS تجربات کے ذریعے ہگز بوسن کی دریافت کے بعد غور و خوض کیا جانا شروع ہوا۔
مندرجہ بالا کھلے سوالات کے ممکنہ جوابات پارٹیکل فزکس کے معیاری ماڈل سے باہر ہیں۔ کسی کو نئے، ہلکے ذرات کے وجود کو تلاش کرنے کی ضرورت پڑسکتی ہے جو معیاری ماڈل کے ذرات کے ساتھ بہت کمزور تعامل کرتے ہیں۔ اس کے لیے بڑی مقدار میں ڈیٹا اکٹھا کرنے اور ایسے ذرات کی پیداوار کے سگنلز کے لیے بہت زیادہ حساسیت کی ضرورت ہوگی جو کہ ایف سی سی کے پہلے مرحلے یعنی ایف سی سی-ای (پریسیزن پیمائش) کے دائرہ کار میں ہے۔ نئے، بھاری ذرات کے وجود کو تلاش کرنا بھی ضروری ہے جس کے لیے اعلیٰ توانائی کی سہولیات درکار ہوں گی۔ FCC-hh (اعلی توانائی)، FCC کے دوسرے مرحلے کا مقصد 100 TeV (جو LHC کے 13 TeV سے بہت زیادہ ہے) کے تصادم کی توانائیوں تک پہنچنا ہے۔ جہاں تک پہلے مرحلے کے الیکٹران –پوزیٹرون (e+e-) ٹکرانے والے کی شکل کا تعلق ہے، سرکلر شکل کو ترجیح دی گئی ہے (بمقابلہ لکیری) کیونکہ سرکلر شکل چار تجربات تک زیادہ روشنی کو قابل بناتی ہے اور بعد کے دوسرے مرحلے کے ہائی انرجی ہیڈرون کولائیڈر کے لیے بنیادی ڈھانچہ پیش کرتی ہے۔
***
حوالہ جات:
- CERN پریس ریلیز - CERN کونسل اگلی نسل کے ٹکرانے والے کے لیے فزیبلٹی اسٹڈی کا جائزہ لیتی ہے۔ 10 نومبر 2025۔ پر دستیاب ہے۔ https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN پریس ریلیز – CERN مستقبل کے ممکنہ سرکلر کولائیڈر کی فزیبلٹی پر رپورٹ جاری کرتا ہے۔ 31 مارچ 2025 پر دستیاب ہے۔ https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- فیوچر سرکلر کولائیڈر کے لیے فزیبلٹی اسٹڈی کو اب حتمی شکل دی گئی ہے۔ https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- مستقبل کا سرکلر کولائیڈر https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider
- ایف سی سی: فزکس کیس۔ 27 مارچ 2024۔ https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
***
متعلقہ مضامین:
- CERN نے طبیعیات میں سائنسی سفر کے 70 سال کا جشن منایا (2 فروری 2024)
***
FCC پر کچھ تعلیمی ویڈیوز:
***
 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}