Mientra los resultados de las colisiones del LHC (Run1, Run2 ...) siguen siendo analizados y se acerca el límite del rendimiento de la máquina, se llevan acabo  planes para mejorar la cadena de aceleradores que sumistran los haces de protones al LHC y el diseño y producción de nuevos imanes superconductores.

En "Mejorando la Superconductividad" se consideran algunos cambios con el fin de optimizar las características magnéticas de las instalaciones superconductoras.

A continuación, se tienen en cuenta otros aspectos de forma resumida.

El tiempo de arranque del LHC debe ser llevado a cabo en el menor tiempo posible. El período básico tiene que ser reducido a partir de ciclos más cortos en el PSB y PS. Además, el tiempo de aceleración en el SPS debeser también reducido. 

Deben ser utilizados todos los medios para disminuir las pérdidas en el haz de protones. En el SPS, ésto incluye el aumento de los picos de potencia en las cavidades RF. Un posible programa de consolidación de los imanes del SPS proporciona la mejora de la impedancia y reducir la generación de nubes de electrones en los haces por modificación de la cámara de vacío.

Los estudios en el SPS ayudaan a confirmar el interes de un nuevo sincrotrón de ~50 GeV que sustituya al PS.

El nuevo acelerador lineal Linac4 mejora notablemente la inyección en el PSB. Esto permite la regular aportación de haces en el LHC, reduciendo el tiempo de puesta en marcha y contribuyendo positivamente en la fiabilidad del complejo inyector.

Podemos esquematizar algunos de los cambios considerados en el seguiente diagrama.

Future Circular Collider (FCC)

Para poder continuar examinando la estructura de la materia, cuales son los consituyentes básicos de la naturaleza y como interactuan, es necesario pensar a lo grande y hacer planes a largo plazo. Las posibilidades incluyen máquinas que dejarían pequeño al LHC, y haces de neutrinos atravesando continentes.

Quizás el sustituto del LHC - Future Circular Collider (FCC)- podría ser construido también en Ginebra.

En junio de 2021, un comité internacional recomendó un trazado específico de 91 km de circunferencia con una simetría cuaternaria y ocho emplazamientos de superficie.

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Cerrando el círculo: Diferentes hipótesis de trabajo (anillos de colores) para un FCC de 91 km de circunferencia con ocho emplazamientos en superficie, teniendo en cuenta las condiciones geológicas, las limitaciones de la superficie, la infraestructura y los recursos. Los anillos del LHC y del SPS se muestran en azul. (Tomado de CERN Courier May/June 2022)

Ese nuevo túnel de 91 km de circunferencia albergaría el Futuro Colisionador Circular de protones de 100 TeV en el centro de masas (FCC-hh/VHE-LHC), con un colisionador circular de leptones (FCCee/TLEP) como paso potencial intermedio, y un colisionador leptón-hadrón (FCC-he) como opción adicional. FCC-ee, operando a cuatro diferentes energías para máxima precisión en la física de los bosones Z, W y Higgs y el quark top, representa un significativa mejora en términos de tecnología y parámetros de diseño.

Los necesarios esfuerzos I&D incluyen los sistemas RF, esquema de inyección, diseños ópticos para las zonas circulares y las focalizaciones finales, efectos de la radiación de beamstrahlung, polarización de haces, calibración de energía, y consumo de elctricidad. FCC-hh encara otros retos como el diseño de altos campos magnéticos, protección y manejo frente a la radiación sincrotrón en una máquina superconductora. Todos estas cuestiones están siendo tomadas en consideración en la gran colaboración FCC.

Un estudio paralelo de diseño se ha estado realizando en China para un colisionador similar, pero más pequeno, llamado CepC/SppC.

Una aproximación sencilla al FCC puede encontrarse aquí.

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