Dit is niet de het juiste moment voor een grotere deeltjesversneller. Maar CERN, het Europese natuurkundecentrum in Genève, Zwitserland, heeft plannen – grote plannen. De grootste deeltjesfysica-faciliteit ter wereld, die momenteel de grootste deeltjesversneller ter wereld exploiteert, heeft aangekondigd dat het van plan is een nog grotere machine te bouwen, zoals vandaag onthuld in een persconferentie en release.
Daarmee, CERN heeft besloten door te gaan met de eerste stap van een plan voor de Future Circular Collider (FCC), gehuisvest in een ringvormige tunnel van 100 kilometer of iets meer dan 60 mijl in omtrek. Deze machine zou uiteindelijk botsingsenergie kunnen bereiken van 100 tera-elektron-volt, ongeveer zes keer de botsingsenergie van de momenteel werkende Large Hadron Collider (LHC). Door ongekend hoge energieën te bereiken, zou de nieuwe versneller de diepste blik in de structuur van materie tot nu toe mogelijk maken, en de mogelijkheid bieden om nieuwe deeltjes te vinden.
Of het volledige zicht zal ontstaan, is nog onduidelijk. Maar CERN heeft aangekondigd dat het “hoge prioriteit” heeft voor de organisatie om de eerste stap te zetten op weg naar de FCC: het vinden van een geschikte locatie voor de tunnel en het bouwen van een machine om elektronen en positronen te laten botsen met energieën die vergelijkbaar zijn met die van de LHC. (die echter protonen op protonen gebruikt.) De beslissing of CERN dan doorgaat naar de botsingen met hoge energie tussen protonen zal pas komen na nog een aantal jaren van studie en overleg.
Deze eerste stap is ook nagesynchroniseerd. een “Higgs-fabriek”, omdat deze speciaal is ontworpen om grote hoeveelheden Higgs-bosonen te produceren. Het Higgs-deeltje, ontdekt op CERN in 2012, was het laatste ontbrekende deeltje in het standaardmodel van deeltjesfysica. Met de nieuwe machine willen deeltjesfysici de eigenschappen ervan, en de eigenschappen van enkele eerder ontdekte deeltjes, in meer detail meten. (Japan overweegt de bouw van een lineaire versnipperaar met een vergelijkbaar doel als de Higgs-fabriek van CERN, maar de commissie die aan het idee werkte, nam geen definitief besluit in hun rapport van vorig jaar. China overweegt een circulaire versnipperaar die qua omvang en omvang vergelijkbaar is met het volledige FCC-plan van CERN , maar een beslissing wordt pas volgend jaar verwacht.)
Maar het plan van CERN, indien volledig uitgevoerd, zou tientallen miljarden dollars kosten. Exacte cijfers zijn niet beschikbaar omdat budgetramingen die door CERN worden opgesteld, meestal niet de exploitatiekosten omvatten. Afgaande op de lopende kosten voor de Large Hadron Collider, zouden die kosten voor de nieuwe collider waarschijnlijk minstens $ 1 miljard per jaar bedragen. Voor een faciliteit die 20 jaar of langer in bedrijf kan zijn, is dit vergelijkbaar met de bouwkosten.
Dit zijn ongetwijfeld in het oog springende cijfers. Inderdaad, deeltjesversnellers zijn momenteel de duurste natuurkundige experimenten die er bestaan. Hun prijskaartje is hoger dan dat van zelfs het op één na duurste type experimenten, telescopen op satellietmissies.
De belangrijkste reden waarom de kosten zo hoog zijn, is dat er sinds de jaren negentig alleen maar incrementele verbeteringen in collider-technologie. Als gevolg hiervan is het bouwen van grotere machines de enige manier om tegenwoordig hogere energieën te bereiken. Alleen al de fysieke afmetingen – de lange tunnels, de vele magneten die nodig zijn om het te vullen, en alle mensen die nodig zijn om dat voor elkaar te krijgen – maakt deeltjesversnellers zo duur.
Maar terwijl de kosten van deze botsers is explosief toegenomen, is hun relevantie afgenomen. Toen natuurkundigen in de jaren veertig begonnen met het bouwen van colliders, hadden ze geen volledige inventaris van elementaire deeltjes, en dat wisten ze ook. Nieuwe metingen leverden nieuwe puzzels op en ze bouwden grotere colliders totdat het plaatje in 2012 compleet was. Het standaardmodel heeft nog een aantal losse eindjes, maar om die experimenteel te testen zouden energieën nodig zijn die minstens tien miljard keer hoger zijn dan wat zelfs de FCC zou kunnen testen. De wetenschappelijke argumenten voor een volgende grotere collider zijn daarom op dit moment klein.
Natuurlijk is het mogelijk dat een volgende grotere collider een doorbraak zou doen. Sommige natuurkundigen hopen bijvoorbeeld dat het aanwijzingen kan geven over de aard van donkere materie of donkere energie.
Ja, men kan hopen. Maar er is geen reden waarom de deeltjes waaruit donkere materie of donkere energie bestaat, zouden moeten verschijnen in het energiebereik van het nieuwe apparaat. En dat veronderstelt dat het om te beginnen deeltjes zijn, waarvoor geen bewijs is. Zelfs als het deeltjes zijn, zijn hoogenergetische botsingen misschien niet de beste manier om ze te zoeken. Zwak interagerende deeltjes met kleine massa’s zijn bijvoorbeeld niet iets waar je naar op zoek bent met grote botsers.
En er zijn totaal verschillende soorten experimenten die kunnen leiden tot doorbraken tegen veel lagere kosten, zoals metingen met hoge precisie bij lage energieën of het vergroten van de massa van objecten in kwantumtoestanden.Naar hogere energieën gaan is niet de enige manier om vooruitgang te boeken in de grondslagen van de fysica; het is gewoon de duurste.
In deze situatie zouden deeltjesfysici zich moeten concentreren op het ontwikkelen van nieuwe technologieën die botsers terug in een redelijke prijsklasse zouden kunnen brengen en het graven van meer tunnels zouden kunnen uitstellen. De meest veelbelovende technologie aan de horizon is een nieuw type “wake field” -versnelling die de afstand die nodig is om deeltjes te versnellen drastisch zou kunnen verkleinen, en dus de grootte van colliders zou kunnen verkleinen. Een andere baanbrekende technologie zijn supergeleiders bij kamertemperatuur die zouden kunnen maak de sterke magneten waarop botsers vertrouwen, efficiënter en betaalbaarder.
Het onderzoeken van deze nieuwe technologieën behoort ook tot de prioriteiten van CERN. Maar zoals de strategie-update onthult, zijn deeltjesfysici niet wakker geworden met hun nieuwe realiteit. grotere deeltjesversnellers hebben zijn beloop gehad. Het heeft tegenwoordig weinig wetenschappelijk rendement op investeringen en tegelijkertijd bijna geen maatschappelijke relevantie. Grote wetenschappelijke projecten hebben doorgaans de neiging om onderwijs en infrastructuur ten goede te komen, maar dit is niet specifiek voor deeltjesversnellers. die bijwerkingen zijn waar we echt in geïnteresseerd zijn, dan moeten we in ieder geval ons geld steken in wetenschappelijk onderzoek met maatschappelijke relevantie.
Waarom, f of hebben we bijvoorbeeld nog steeds geen internationaal centrum voor klimaatvoorspellingen, dat volgens de huidige schattingen “slechts” $ 1 miljard zou kosten, gespreid over 10 jaar? Dat zijn peanuts vergeleken met wat deeltjesfysica opzuigt, maar nog veel belangrijker. Of waarom, zo vroeg u zich misschien onlangs af, hebben we geen centrum voor epidemische modellering?
Dat komt doordat er te veel wetenschappelijke financiering wordt uitgedeeld op basis van inertie. In de afgelopen eeuw is de deeltjesfysica uitgegroeid tot een grote, zeer invloedrijke en goed verbonden gemeenschap. Ze zullen zo lang als ze kunnen doorgaan met het bouwen van grotere deeltjesversnellers, simpelweg omdat dat is wat deeltjesfysici doen, of dat nu zinvol is of niet.
Het wordt tijd dat de samenleving een meer verlichte benadering kiest om grote wetenschappelijke projecten te financieren dan door te gaan met het geven van geld aan degenen aan wie ze eerder geld hebben gegeven. We hebben grotere problemen dan het meten van het volgende cijfer op de massa van het Higgs-deeltje.