Dette er ikke den det rigtige tidspunkt for en større partikelaccelerator. Men CERN, det europæiske fysikcenter med base i Genève, Schweiz, har planer – store planer. Verdens største partikelfysikfacilitet, der i øjeblikket kører den største partikelkollider i verden, har meddelt, at det sigter mod at bygge en endnu større maskine, som det blev afsløret på en pressekonference og frigivelse i dag.
Med det, CERN har besluttet, at det vil gå videre med det første trin i en plan for Future Circular Collider (FCC), der er vært i en ringformet tunnel 100 kilometer eller lidt over 60 miles i omkreds. Denne maskine kunne i sidste ende nå kollisionsenergier på 100 tera-elektronvolt, cirka seks gange kollisionsenergien for den aktuelt opererende Large Hadron Collider (LHC). Ved at nå hidtil uset høje energier ville den nye kollider tillade det dybeste kig på materiens struktur endnu og tilbyde muligheden for at finde nye partikler.
Om den fulde vision vil opstå, er stadig uklar. Men CERN har meddelt, at det er af “høj prioritet” for organisationen at tage det første skridt på vej til FCC: at finde et passende sted til tunnelen og bygge en maskine til at kollidere elektroner og positroner ved energier svarende til LHC’s (som dog bruger protoner på protoner). Beslutningen om, hvorvidt CERN derefter vil bevæge sig frem til de høje energikollisioner mellem protoner, kommer først efter flere år med undersøgelse og overvejelse.
Dette første trin er også blevet kaldt en “Higgs-fabrik”, fordi den er specielt designet til at producere store mængder Higgs-bosoner. Higgs-bosonen, der blev opdaget på CERN i 2012, var den sidste manglende partikel i standardmodellen for partikelfysik. Med den nye maskine ønsker partikelfysikere at måle dens egenskaber og egenskaberne hos nogle tidligere opdagede partikler mere detaljeret. (Japan overvejer at opbygge en lineær kollider med et lignende formål som CERNs Higgs-fabrik, men det udvalg, der arbejder på ideen, tog ingen endelig beslutning i deres sidste års rapport. Kina overvejer en cirkulær kollider, der svarer i omfang og størrelse til CERNs fulde FCC-plan , men en beslutning forventes først næste år.)
Men CERNs plan, hvis den fuldt ud gennemføres, ville koste titusindvis af milliarder dollars. Nøjagtige tal er ikke tilgængelige, fordi CERN’s budgetoverslag normalt ikke inkluderer driftsomkostningerne. Hvis man går efter driftsomkostningerne for Large Hadron Collider, vil disse omkostninger for den nye kollider sandsynligvis beløbe sig til mindst 1 milliard dollar om året. For et anlæg, der kan fungere i 20 år eller mere, kan dette sammenlignes med anlægsomkostningerne.
Disse er uden tvivl overvældende tal. Faktisk er partikelkollider i øjeblikket de dyreste fysikeksperimenter, der findes. Deres prisskilt er højere end selv den næste dyreste type eksperimenter, teleskoper på satellitmissioner.
Den væsentligste årsag til, at omkostningerne er så høje, er at der siden 1990’erne kun har været inkrementelle forbedringer i collider-teknologi. Som en konsekvens er den eneste måde at nå højere energi på i dag at bygge større maskiner. Det er den store fysiske størrelse – de lange tunneler, de mange magneter har brug for at udfylde den, og alle de mennesker, der har brug for for at få det gjort, – der gør partikelkollider så dyre.
Men mens omkostningerne ved disse kolliderer har balloneret, er deres relevans faldet. Da fysikere begyndte at bygge kollidere i 1940’erne, havde de ikke en komplet oversigt over elementære partikler, og de vidste det. Nye målinger bragte nye gåder op, og de byggede større kollider, indtil billedet i 2012 var komplet. Standardmodellen har stadig nogle løse ender, men eksperimentelt at teste dem ville kræve energier mindst ti milliarder gange højere end hvad FCC kunne teste. Det videnskabelige tilfælde for en næste større kolliderer er derfor for tiden slank.
Det er selvfølgelig muligt, at en næste større kolliderer ville gøre et gennembrud. Nogle fysikere håber for eksempel, at det kan give spor om karakteren af mørkt stof eller mørk energi.
Ja, man kan håbe. Men der er ingen grund til, at de partikler, der udgør mørkt stof eller mørk energi, skal dukke op i den nye enheds energiområde. Og det antages, at de er partikler til at begynde med, for hvilke der ikke er noget bevis. Selvom det er partikler, er yderst energiske kollisioner måske ikke den bedste måde at lede efter dem på. Svagt interagerende partikler med små masser er for eksempel ikke noget man ser efter med store kollidere.
Og der er helt forskellige typer eksperimenter, der kan føre til gennembrud med langt mindre omkostninger, såsom målinger med høj præcision ved lave energier eller stigende masser af objekter i kvantetilstande.At gå til højere energier er ikke den eneste måde at gøre fremskridt i fysikens fundament; det er bare den dyreste.
I denne situation bør partikelfysikere fokusere på at udvikle nye teknologier, der kan bringe kolliderne tilbage i en rimelig prisklasse og holde ud med at grave flere tunneler. Den mest lovende teknologi i horisonten er en ny type “wake field” -acceleration, der dramatisk kan reducere den nødvendige afstand for at fremskynde partikler og dermed formindske størrelsen på kolliderne. En anden spilændrende teknologi ville være superledere ved stuetemperatur, der kunne gør de stærke magneter, som kolliderer stoler på, mere effektive og overkommelige.
At se på disse nye teknologier er også blandt CERNs prioriteter. Men som strategiopdateringen afslører, har partikelfysikere ikke vågnet op til deres nye virkelighed. større partikelkollider har kørt sin gang. Det har i dag lidt videnskabeligt afkast af investeringerne og på samme tid næsten ingen samfundsmæssig relevans. Store videnskabelige projekter har tendens til generelt at være til gavn for uddannelse og infrastruktur, men dette er ikke specifikt for partikelkolliderende. Og hvis det disse bivirkninger er det, vi virkelig er interesseret i, så skal vi i det mindste lægge vores penge i videnskabelig forskning med samfundsmæssig relevans.
Hvorfor f eller har vi stadig ikke et internationalt center for klimaforudsigelser, som ifølge de nuværende estimater ville koste “kun” 1 milliard dollar fordelt på 10 år? Det er jordnødder sammenlignet med, hvad partikelfysik suger op, men alligevel langt vigtigere. Eller hvorfor har du måske undret dig for nylig, har vi ikke et center for epidemimodellering?
Det er fordi for meget videnskabelig finansiering uddeles på basis af inerti. I det sidste århundrede er partikelfysik vokset til et stort, meget indflydelsesrige og godt forbundet samfund. De vil fortsætte med at opbygge større partikelkollider så længe de kan, simpelthen fordi det er, hvad partikelfysikere gør, hvad enten det giver mening eller ej.
Det er på tide, at samfundet tager en mere oplyst tilgang til finansiering af store videnskabelige projekter. end at fortsætte med at give penge til dem, de tidligere har givet penge til. Vi har større problemer end at måle det næste ciffer på massen af Higgs-bosonen.