標準モデルでは答えられない未解決の疑問（例えば、どの基本粒子が暗黒物質を構成するのか、なぜ物質が宇宙を支配しているのか、なぜ物質と反物質の非対称性が存在するのか、重力に対する力の粒子とは何か、ダークエネルギー、ニュートリノの質量など）への答えを求めるには、標準モデルの先を見据え、標準モデルの粒子と非常に弱く相互作用する新しい、より軽い粒子の存在の可能性を探る必要があるかもしれない。また、既存のLHC施設の範囲を超えた新しい、より重い粒子の存在を探る必要があるかもしれない。提案されている将来円形衝突型加速器（FCC）は、標準モデルを超えたそのような基本粒子の存在の探索を可能にするだろう。CERN理事会は現在、FCCの実現可能性調査報告書を検討している。CERN理事会によるFCC建設の最終決定は2028年頃に行われる予定である。承認されれば、FCCの建設は2030年代に開始される可能性がある。FCCは、ジュネーブ近郊のLHCと同じ場所の近くの地下約200メートルに位置し、円周約100kmになる予定である。このFCCは、2041年に運用終了を迎える大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の後継となる。FCCは2段階で建設される。第1段階のFCC-eeは、より軽い粒子の探索に向けた精密測定を目的とした電子・陽電子衝突型加速器であり、2040年代後半から15年間の研究プログラムを実施する。この段階の完了後、2号機となるFCC-hh（高エネルギー）が同じトンネル内に稼働する。第2段階では、より重い粒子の探索に向けて、衝突エネルギー100TeV（LHCの13TeVをはるかに上回る）の達成を目指す。この段階は2070年代に稼働を開始し、21世紀末まで稼働する。
2025年11月6日〜7日、CERN理事会（CERNの加盟国および準加盟国の代表者で構成）は、提案されている将来の円形衝突型加速器（FCC）の実現可能性調査の結果を検討しました。
CERNは以前、CERN加盟国および準加盟国、そしてその他の機関と協力し、将来型円形衝突型加速器（FCC）の実現可能性を評価する調査を実施しました。報告書は2025年3月31日に発表され、CERN評議会の下部組織によって審査されました。報告書は独立専門家委員会によっても審査され、提出された資料に基づくとFCCは技術的に実現可能であると結論付けられました。
CERN理事会の代表団は、2025年11月6日～7日に開催された特別会合において、FCC実現可能性調査報告書を審議し、この実現可能性調査がFCCの研究継続の基盤となるとの結論に達しました。これは、2026年5月にCERN理事会がFCCを承認し、すべての勧告が審議に付される可能性に向けた重要な一歩です。FCC建設に関するCERN理事会の最終決定は、2028年頃に下される見込みです。
将来円形衝突型加速器（FCC）は、欧州原子核研究機構（CERN）で提案されている次世代粒子加速器の一つです。FCCは、2041年に運用終了を迎える大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の後継となることが期待されています。CERNは現在、現在の主力であるLHCの後継となる次世代粒子加速器の選定に取り組んでいます。
2008年に稼働を開始した大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、ジュネーブ近郊の地下100メートルに位置する、円周27キロメートルの円形加速器です。現在、世界最大かつ最強の衝突型加速器であり、13テラ電子ボルト（TeV）のエネルギーで衝突を発生させます。これは、これまでの加速器では到達可能な最高エネルギーです。LHCはハドロンを光速近くまで加速し、初期宇宙の状態を模倣して衝突させます。
| 粒子加速器/衝突型加速器は初期宇宙への窓である |
| 「初期宇宙」とは、宇宙の最も初期の段階（ビッグバン直後の最初の3分間）を指し、当時は非常に高温で、宇宙は完全に放射線によって支配されていました。プランク時代は、ビッグバンから10億年まで続いた放射線時代の最初の時代です。-43 気温10度32 K、この時代の宇宙は超高温でした。プランク時代に続いて、クォーク時代、レプトン時代、そして原子核時代が続きました。いずれも短命でしたが、極めて高い温度を特徴としていましたが、宇宙の膨張とともに徐々に温度が低下しました。 宇宙のこの最初期段階を直接研究することは不可能です。できるのは、粒子加速器でこの宇宙段階の状況を再現することです。加速器／衝突型加速器における粒子の衝突によって生成されるデータは、ごく初期の宇宙を間接的に垣間見る窓となります。 衝突型加速器は素粒子物理学において非常に重要な研究ツールです。これらは円形または直線状の装置で、粒子を光速に近い超高速まで加速し、反対方向から来る別の粒子や標的に衝突させます。 衝突により、数兆ケルビン単位の極めて高い温度が発生します（これは、放射線時代の最初期に存在した条件に似ています）。衝突する粒子のエネルギーが加算されるため、衝突エネルギーはさらに高くなります。 衝突エネルギーは、質量エネルギー対称性に基づき、宇宙の初期から存在していた粒子の形で物質に変換されます。例えば、素粒子である電子が反物質である陽電子と衝突すると、物質と反物質が対消滅し、エネルギーが放出されます。放出されたエネルギーから、様々な種類の新しい素粒子が凝縮されます。新しい粒子には、物質を構成する非常に重い素粒子であるヒッグス粒子やトップクォークなどが含まれる可能性があります。また、暗黒物質粒子や超対称粒子も含まれる可能性があります。これらはまだ発見されていないものです。 宇宙初期に存在した条件下での高エネルギー粒子間のこのような相互作用は、当時の他の方法ではアクセスできなかった世界への窓を開き、衝突の副産物の分析は基本粒子への理解を深め、物理法則を理解するための道筋を提供します。粒子加速器は、宇宙初期研究のための研究ツールとして用いられています。ハドロン衝突型加速器（特に欧州原子核研究機構（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器LHC）と電子陽電子衝突型加速器は、宇宙初期探査の最前線に立っています。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のATLAS実験とCMS実験は、2012年にヒッグス粒子の発見に成功しました。 （出典： 「初期宇宙」の研究のための粒子加速器：ミューオン衝突型加速器の実証) |
CERNの高輝度大型ハドロン衝突型加速器（HL-LHC）は、衝突回数を増やすことでLHCの性能を向上させ、既知のメカニズムをより詳細に研究することを可能にします。2029年までに稼働開始となる見込みです。
提案されている将来円形衝突型加速器（FCC）は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）よりも高性能な粒子加速器となる予定です。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の到達範囲を超える新しい重い粒子の存在、そして標準模型粒子と非常に弱い相互作用をする軽い粒子の存在を探るために設計されたFCCは、LHCとほぼ同地点の地下約200メートルに位置し、円周約100kmの規模となります。承認されれば、FCCの建設は2030年代に開始される可能性があります。
FCCは2段階で建設されます。第1段階のFCC-eeは、精密測定を目的とした電子陽電子衝突型加速器です。2040年代後半から15年間の研究プログラムが実施されます。この段階が完了すると、同じトンネル内に2台目のFCC-hh（高エネルギー加速器）が稼働します。FCC-hhは、ハドロン（陽子）と重イオンを衝突させることで、100TeVの衝突エネルギーに到達することを目指しています。FCC-hhは2070年代に稼働を開始し、21世紀末まで稼働する予定です。
FCC はなぜ必要なのでしょうか? どのような目的を果たすのでしょうか?
観測可能な宇宙全体、そして私たち人間を構成するバリオンなどの通常の物質は、宇宙の質量エネルギーのわずか4.9%を占めるに過ぎません。目に見えない暗黒物質は、宇宙の質量エネルギーの26.8%を占めています（残りの68.3%は暗黒エネルギーです）。暗黒物質が実際に何であるかは分かっていません。素粒子物理学の標準モデル（SM）には、暗黒物質となるために必要な特性を持つ基本粒子は存在しません。標準モデルの粒子のパートナーである「超対称粒子」が暗黒物質を構成しているのではないかと考えられています。あるいは、暗黒物質のパラレルワールドが存在するのかもしれません。WIMP（弱い相互作用をする巨大粒子）、アクシオン、ステライルニュートリノは、「標準モデルを超える」（BSM）粒子として仮説的に考えられており、有力な候補となっています。しかし、そのような粒子の検出にはまだ成功していません。標準モデルでは答えられない未解決の問題は他にも数多く存在します（物質・反物質の非対称性、重力、ダークエネルギー、ニュートリノ質量など）。また、2012年に大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のATLAS実験とCMS実験によってヒッグス粒子が発見されたことをきっかけに、ヒッグス場が宇宙の進化に果たす役割についても議論が始まりました。
上記の未解決の問題に対する考えられる答えは、素粒子物理学の標準モデルの範囲外にあります。標準モデルの粒子と非常に弱く相互作用する、新しい、より軽い粒子の存在を調査する必要があるかもしれません。そのためには、大量のデータ収集と、そのような粒子の生成信号に対する非常に高い感度が必要となり、これは FCC の第一段階、すなわち FCC-ee (精密測定) の範囲内です。また、高エネルギー施設が必要となる、新しい、より重い粒子の存在を調査することも不可欠です。FCC の第二段階である FCC-hh (高エネルギー) は、100 TeV (LHC の 13 TeV よりもはるかに高い) の衝突エネルギーに到達することを目指しています。第一段階の電子–陽電子 (e+e-) 衝突型加速器の形状に関しては、円形が (線形よりも) 好まれてきました。円形であれば、最大 4 つの実験までの高い輝度が可能になり、後続の第二段階の高エネルギーハドロン衝突型加速器のインフラストラクチャを提供できるためです。
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参照：
- CERN。プレスリリース – CERN評議会、次世代加速器の実現可能性調査を審査。2025年11月10日。 https://home.cern/news/press-release/accelerators/cern-council-reviews-feasibility-study-next-generation-collider
- CERN。プレスリリース – CERN、将来の円形衝突型加速器の実現可能性に関する報告書を発表。2025年3月31日。入手可能。 https://home.cern/news/news/accelerators/cern-releases-report-feasibility-possible-future-circular-collider
- 将来の円形衝突型加速器の実現可能性調査が終了 https://home.cern/science/cern/fcc-study-media-kit
- FCC: 物理学のケース。2024 年 3 月 27 日。 https://cerncourier.com/a/fcc-the-physics-case/
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関連記事：
- 「初期宇宙」の研究のための粒子加速器：ミューオン衝突型加速器の実証 （31 October 2024）
- CERN が物理学における科学の旅の 70 周年を祝う （2 2月2024）
- 私たちは最終的に何で構成されていますか？ 宇宙の基本的な構成要素は何ですか？ （2021年11月8日）
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FCC に関する教育ビデオ:
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 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}