Tämä ei ole oikea aika isommalle hiukkaskiihdyttimelle. Mutta Sveitsissä Genevessä sijaitsevalla Euroopan fysiikkakeskuksella CERNillä on suunnitelmia – suuria suunnitelmia. Maailman suurin hiukkasten fysiikan laitos, jolla on tällä hetkellä maailman suurin hiukkasten törmäyslaite, on ilmoittanut pyrkivänsä rakentamaan entistä suuremman koneen, kuten tänään pidetyssä lehdistötilaisuudessa ja tiedotteessa paljastettiin.
Tämän avulla CERN on päättänyt, että se haluaa jatkaa Future Circular Collider (FCC) -suunnitelman ensimmäistä vaihetta, joka järjestetään renkaanmuotoisessa tunnelissa, jonka ympärysmitta on 100 kilometriä tai hieman yli 60 mailia. Tämä kone voisi viime kädessä saavuttaa 100 tera-elektronivoltin törmäysenergian, mikä on noin kuusi kertaa törmäysenergia nykyisillä suurilla hadronitörmäyksillä (LHC). Saavuttamalla ennennäkemättömän korkeat energiat, uusi törmäys antaa syvimmän mahdollisuuden tarkastella aineen rakennetta ja tarjoaa mahdollisuuden löytää uusia hiukkasia.
Täydellisen vision syntyminen on edelleen epäselvää. Mutta CERN on ilmoittanut, että on ”ensisijaisen tärkeää”, että organisaatio ottaa ensimmäisen askeleen matkalla FCC: hen: löytää sopiva paikka tunnelille ja rakentaa kone törmäämään elektroneja ja positroneja LHC: n kaltaisilla energioilla. (joka kuitenkin käyttää protoneja protoneissa). Päätös siitä, siirtyykö CERN sitten protonien välisiin suuriin energian törmäyksiin, tehdään vasta usean vuoden tutkimuksen ja harkinnan jälkeen.
Tämä ensimmäinen vaihe on myös kopioitu ”Higgsin tehdas”, koska se on erityisesti suunniteltu tuottamaan suuria määriä Higgsin bosoneja. CERN: ssä vuonna 2012 löydetty Higgsin bosoni oli viimeinen puuttuva hiukkanen hiukkasfysiikan vakiomallissa. Uuden koneen avulla hiukkasten fyysikot haluavat mitata sen ominaisuuksia ja joidenkin aiemmin havaittujen hiukkasten ominaisuuksia tarkemmin. (Japani harkitsee lineaarisen törmäyskoneen rakentamista samankaltaiseen tarkoitukseen kuin CERNin Higgsin tehdas, mutta idean parissa työskentelevä komitea ei tehnyt viime vuoden kertomuksessaan lopullista päätöstä. Kiina harkitsee pyöreää törmäystä, joka on laajuudeltaan ja kooltaan samanlainen kuin CERNin koko FCC-suunnitelma , mutta päätöstä odotetaan vasta ensi vuonna.)
Mutta CERN: n suunnitelma, jos se toteutetaan täysin, maksaisi kymmeniä miljardeja dollareita. Tarkkoja lukuja ei ole saatavilla, koska CERN: n esittämät budjettiarvioinnit eivät yleensä sisällä toimintakustannuksia. Suuri Hadron Colliderin juoksevat kustannukset huomioon ottaen uuden törmäyksen kustannukset olisivat todennäköisesti vähintään miljardi dollaria vuodessa. Laitoksella, joka voi toimia vähintään 20 vuotta, tämä on verrattavissa rakennuskustannuksiin.
Nämä ovat epäilemättä silmiinpistäviä numeroita. Itse asiassa hiukkastörmäykset ovat tällä hetkellä kalleimpia fysiikan kokeita. Niiden hintalappu on korkeampi kuin edes seuraavaan kalleimpaan kokeilutyyppiin, satelliittioperaatioiden kaukoputkiin.
Suurin syy kustannuksiin on se, että 1990-luvulta lähtien niitä on ollut vain vähitellen. törmäystekniikan parannukset. Tämän seurauksena ainoa tapa saavuttaa korkeampia energioita on nykyään suurempien koneiden rakentaminen. Pelkkä fyysinen koko – pitkät tunnelit, monien magneettien on täytettävä se ja kaikki tarvittavat ihmiset -, joka tekee hiukkasten törmäykset niin kalliiksi.
Mutta vaikka näiden törmäysten kustannukset on kohonnut, niiden merkitys on vähentynyt. Kun fyysikot alkoivat rakentaa törmäyksiä 1940-luvulla, heillä ei ollut täydellistä luetteloa alkeishiukkasista, ja he tiesivät sen. Uudet mittaukset toivat uusia pulmia, ja ne rakensivat isompia törmäyksiä, kunnes kuva vuonna 2012 oli täydellinen. Vakiomallilla on vielä joitain löysiä päitä, mutta niiden kokeellinen testaaminen vaatisi vähintään kymmenen miljardia kertaa suurempaa energiaa kuin mitä jopa FCC voisi testata. Seuraavan suuremman törmäyksen tieteellinen tapaus on siis tällä hetkellä ohut.
On tietysti mahdollista, että seuraava suurempi törmäyslaite tekisi läpimurron löytönsä. Jotkut fyysikot toivovat, että se voisi esimerkiksi tarjota vihjeitä pimeän aineen tai pimeän energian luonteesta.
Kyllä, voi toivoa. Mutta ei ole mitään syytä, miksi pimeän aineen tai pimeän energian muodostavien hiukkasten pitäisi näkyä uuden laitteen energia-alueella. Ja olettaen, että ne ovat aluksi hiukkasia, joista ei ole todisteita. Vaikka ne olisivatkin hiukkasia, erittäin energiset törmäykset eivät välttämättä ole paras tapa etsiä niitä. Esimerkiksi heikosti vuorovaikutuksessa olevat hiukkaset, joiden massat ovat pieniä, eivät ole sellaisia, joita voi etsiä suurten törmäysten yhteydessä.
Ja on olemassa aivan erityyppisiä kokeita, jotka voivat johtaa läpimurtoihin paljon pienemmillä kustannuksilla, kuten tarkat mittaukset matalilla energioilla tai lisäämällä esineiden massaa kvanttitiloissa.Suurempiin energioihin meneminen ei ole ainoa tapa edistyä fysiikan perustuksissa; se on vain kallein.
Tässä tilanteessa hiukkasfyysikkojen tulisi keskittyä kehittämään uutta tekniikkaa, joka voisi tuoda törmäykset takaisin kohtuulliseen hintaluokkaan ja estää uusien tunnelien kaivamisen. Lupaavin tekniikka horisontissa on uudentyyppinen ”herätyskentän” kiihtyvyys, joka voi vähentää dramaattisesti hiukkasten nopeuttamiseksi tarvittavaa etäisyyttä ja siten pienentää törmäyskokojen kokoa. Toinen pelinvaihtotekniikka olisi huoneenlämpötilan suprajohteita, jotka voisivat Tee vahvoista magneeteista, joihin törmäilijät luottavat, entistä tehokkaampia ja edullisempia.
Näiden uusien tekniikoiden tutkiminen on myös CERN: n painopisteitä. Mutta kuten strategian päivitys paljastaa, hiukkasfyysikot eivät ole heränneet uuteen todellisuuteensa. Suuremmat hiukkasten törmäyskoneet ovat juokseneet. Sillä on tällä hetkellä vähän tieteellistä tuottoa sijoituksilta, ja samalla ei ole juurikaan yhteiskunnallista merkitystä. Suuret tieteelliset projektit hyödyttävät yleensä koulutusta ja infrastruktuuria, mutta tämä ei ole ominaista hiukkasten törmäyksille. nämä sivuvaikutukset ovat todella kiinnostuneita, niin meidän pitäisi ainakin sijoittaa rahamme yhteiskunnallisesti merkittävään tieteelliseen tutkimukseen.
Miksi, f vai esimerkiksi, eikö meillä vieläkään ole kansainvälistä ilmastointikeskusta, joka nykyisten arvioiden mukaan maksaisi ”vain” miljardin dollarin 10 vuoden ajalle? Se on maapähkinää verrattuna siihen, mitä hiukkasfysiikka imee, mutta kuitenkin huomattavasti tärkeämpää. Tai miksi, olet ehkä miettinyt äskettäin, eikö meillä ole keskusta epidemioiden mallintamiseen?
Se johtuu siitä, että liian paljon tiederahoitusta jaetaan inertian perusteella. Viime vuosisadalla hiukkasfysiikasta on kasvanut suuri, erittäin vaikutusvaltainen ja hyvin yhteydessä oleva yhteisö. He jatkavat suurempien hiukkasten törmäyskoneiden rakentamista niin kauan kuin pystyvät, yksinkertaisesti siksi, että hiukkasfyysikot tekevät niin, olkoon sillä järkeä vai ei.
Kyse on siitä, että yhteiskunta suhtautuu valaistuneemmin suurten tiedeprojektien rahoittamiseen. kuin jatkaa rahan antamista niille, joille he ovat aiemmin antaneet rahaa. Meillä on suurempia ongelmia kuin mitata seuraava luku Higgsin bosonin massasta.