Dette er ikke riktig tidspunkt for en større partikkelakselerator. Men CERN, det europeiske fysikksenteret med base i Genève, Sveits, har planer – store planer. Det største partikkelfysikkanlegget i verden, som for tiden driver den største partikkelkollideren i verden, har kunngjort at det tar sikte på å bygge en enda større maskin, som avslørt på en pressekonferanse og utgivelse i dag.
Med det, CERN har bestemt at de vil gå videre med det første trinnet i en plan for Future Circular Collider (FCC), vert i en ringformet tunnel 100 kilometer, eller litt over 60 miles, i omkrets. Denne maskinen kan til slutt nå kollisjonsenergier på 100 tera-elektronvolt, omtrent seks ganger kollisjonsenergien til den nåværende opererende Large Hadron Collider (LHC). Ved å nå enestående høye energier, vil den nye kollideren tillate det dypeste innblikk i materiens struktur ennå, og tilby muligheten til å finne nye partikler.
Hvorvidt hele synet vil oppstå er fortsatt uklart. Men CERN har kunngjort at det er «høy prioritet» for organisasjonen å ta det første skrittet på vei til FCC: å finne et passende sted for tunnelen og bygge en maskin for å kollidere elektroner og positroner ved energier som ligner på LHC (som imidlertid bruker protoner på protoner). Avgjørelsen om CERN da vil gå videre til høynergikollisjonene mellom protoner vil først komme etter flere år med studier og overveielse.
Dette første trinnet er også blitt kalt. en «Higgs-fabrikk», fordi den er spesielt designet for å produsere store mengder Higgs-bosoner. Higgs-bosonen, oppdaget på CERN i 2012, var den siste manglende partikkelen i standardmodellen for partikkelfysikk. Med den nye maskinen ønsker partikkelfysikere å måle dens egenskaper, og egenskapene til noen tidligere oppdagede partikler, mer detaljert. (Japan vurderer å bygge en lineær kollider med et lignende formål som CERNs Higgs-fabrikk, men komiteen som jobber med ideen tok ingen endelig avgjørelse i fjorårets rapport. Kina vurderer en sirkulær kollider som tilsvarer omfang og størrelse som CERNs fulle FCC-plan. , men det forventes ikke en avgjørelse før neste år.)
Men CERNs plan, hvis den ble fullført, ville koste titalls milliarder dollar. Nøyaktige tall er ikke tilgjengelige fordi budsjettanslag som er fremsatt av CERN vanligvis ikke inkluderer kostnadene for drift. Hvis vi går etter driftskostnadene for Large Hadron Collider, vil kostnadene for den nye kollidoren sannsynligvis utgjøre minst 1 milliard dollar per år. For et anlegg som kan operere i 20 år eller mer, kan dette sammenlignes med byggekostnadene.
Dette er uten tvil tall som er iøynefallende. Faktisk er partikkelkollider for tiden de dyreste fysikkeksperimentene som eksisterer. Prislappen deres er høyere enn den neste dyreste typen eksperimenter, teleskoper på satellittoppdrag.
Hovedårsaken til at kostnadene er så høye er at det siden 1990-tallet bare har vært inkrementelle. forbedringer i kolliderteknologi. Som en konsekvens er den eneste måten å nå høyere energi i dag å bygge større maskiner. Det er den store fysiske størrelsen – de lange tunnelene, de mange magneter trenger å fylle den, og alle menneskene som trengs for å få det gjort – som gjør partikkelkollider så dyre.
Men mens kostnaden for disse kolliderne har ballongert, har relevansen avtatt. Da fysikere begynte å bygge kollidere på 1940-tallet, hadde de ikke en komplett oversikt over elementære partikler, og de visste det. Nye målinger førte til nye gåter, og de bygde større kollidere til bildet i 2012 var komplett. Standardmodellen har fremdeles noen løse ender, men eksperimentelt å teste disse vil kreve energi minst ti milliarder ganger høyere enn hva selv FCC kunne teste. Det vitenskapelige tilfellet for en neste større kollider er derfor foreløpig slank.
Selvfølgelig er det mulig at en neste større kollider ville gjøre et gjennombrudd. Noen fysikere håper, for eksempel, det kan gi ledetråder om mørk materie eller mørk energi.
Ja, man kan håpe. Men det er ingen grunn til at partiklene som utgjør mørk materie eller mørk energi, skal vises i den nye enhetens energiområde. Og det antas at de er partikler til å begynne med, som det ikke er bevis for. Selv om de er partikler, er det kanskje ikke veldig energiske kollisjoner som er den beste måten å lete etter dem. Svakt interagerende partikler med små masser, for eksempel, er ikke noe man ser etter med store kollidere.
Og det er helt forskjellige typer eksperimenter som kan føre til gjennombrudd til langt mindre kostnader, for eksempel målinger med høy presisjon ved lave energier eller økende masser av objekter i kvantetilstander.Å gå til høyere energier er ikke den eneste måten å gjøre fremskritt i grunnlaget for fysikk; det er bare den dyreste.
I denne situasjonen bør partikkelfysikere fokusere på å utvikle ny teknologi som kan bringe kollidere tilbake i et rimelig prisklasse og holde på å grave flere tunneler. Den mest lovende teknologien i horisonten er en ny type «våkne felt» -akselerasjon som dramatisk kan redusere avstanden som er nødvendig for å øke hastigheten på partikler, og dermed krympe størrelsen på kollidere. En annen teknologien som endrer spill, vil være romledende superledere gjøre de sterke magneter som kollidere stole på mer effektive og rimelige.
Å se på disse nye teknologiene er også blant CERNs prioriteringer. Men som strategien oppdaterer avslører, har partikkelfysikere ikke våknet til sin nye virkelighet. større partikkelkollider har gått sin gang. Det har i dag liten vitenskapelig avkastning på investeringen, og samtidig nesten ingen samfunnsrelevans. Store vitenskapelige prosjekter har en tendens til generelt å være til fordel for utdanning og infrastruktur, men dette er ikke spesifikt for partikkelkollider. disse bivirkningene er det vi virkelig er interessert i, så bør vi i det minste legge pengene våre i vitenskapelig forskning med samfunnsrelevans.
Hvorfor, f eller har vi fremdeles ikke et internasjonalt senter for klimaprognoser, som etter nåværende estimater vil koste «bare» 1 milliard dollar fordelt på 10 år? Det er peanøtter sammenlignet med hva partikkelfysikk suger opp, men likevel langt viktigere. Eller hvorfor, har du kanskje lurt på nylig, har vi ikke et senter for epidemimodellering?
Det er fordi for mye vitenskapsmidler deles ut på grunnlag av treghet. I det siste århundre har partikkelfysikk vokst til et stort, veldig innflytelsesrikt og godt forbundet samfunn. De vil fortsette å bygge større partikkelkollider så lenge de kan, rett og slett fordi det er det partikkelfysikere gjør, enten det er fornuftig eller ikke.
Det er på tide samfunnet tar en mer opplyst tilnærming til å finansiere store vitenskapelige prosjekter. enn å fortsette å gi penger til de de tidligere har gitt penger til. Vi har større problemer enn å måle neste siffer på massen til Higgs boson.