To nie jest odpowiedni czas na większy akcelerator cząstek. Ale CERN, europejskie centrum fizyki z siedzibą w Genewie w Szwajcarii, ma plany – wielkie plany. Największy ośrodek fizyki cząstek elementarnych na świecie, obecnie obsługujący największy zderzacz cząstek na świecie, ogłosił, że zamierza zbudować jeszcze większą maszynę, co ujawniono na dzisiejszej konferencji prasowej.
W związku z tym, CERN zdecydował, że chce kontynuować pierwszy etap planu przyszłego zderzacza kołowego (FCC), umieszczonego w tunelu w kształcie pierścienia o obwodzie 100 kilometrów lub nieco ponad 60 mil. Maszyna ta mogłaby ostatecznie osiągnąć energię zderzenia wynoszącą 100 teraelektronowoltów, czyli około sześć razy więcej energii niż obecnie działający Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Osiągając bezprecedensowo wysokie energie, nowy zderzacz pozwoliłby na najgłębsze jak dotąd wgląd w strukturę materii i dałby możliwość znalezienia nowych cząstek.
Nadal nie jest jasne, czy pojawi się pełna wizja. Ale CERN ogłosił, że „wysoki priorytet” dla organizacji ma podjęcie pierwszego kroku na drodze do FCC: znalezienie odpowiedniego miejsca na tunel i zbudowanie maszyny do zderzenia elektronów i pozytonów przy energiach podobnych do energii LHC (który jednak wykorzystuje protony na protonach). Decyzja, czy CERN następnie przejdzie do wysokoenergetycznych zderzeń między protonami, nastąpi dopiero po kilku latach badań i rozważań.
Ten pierwszy krok również został nazwany „Fabryka Higgsa”, ponieważ jest specjalnie zaprojektowana do produkcji dużych ilości bozonów Higgsa. Bozon Higgsa, odkryty w CERN w 2012 roku, był ostatnią brakującą cząstką w modelu standardowym fizyki cząstek elementarnych. Dzięki nowej maszynie fizycy cząstek elementarnych chcą bardziej szczegółowo zmierzyć jej właściwości oraz właściwości niektórych wcześniej odkrytych cząstek. (Japonia rozważa zbudowanie zderzacza liniowego o podobnym przeznaczeniu co fabryka Higgsa w CERN, ale komitet pracujący nad tym pomysłem nie podjął ostatecznej decyzji w swoim zeszłorocznym raporcie. Chiny rozważają zderzacz kołowy o podobnym zakresie i wielkości jak pełny plan FCC CERN , ale decyzja jest spodziewana dopiero w przyszłym roku.)
Ale plan CERN, jeśli zostanie w pełni zrealizowany, kosztowałby dziesiątki miliardów dolarów. Dokładne liczby nie są dostępne, ponieważ preliminarze budżetowe przedkładane przez CERN zwykle nie uwzględniają kosztów eksploatacji. Biorąc pod uwagę koszty eksploatacji Wielkiego Zderzacza Hadronów, koszty nowego zderzacza prawdopodobnie wyniosłyby co najmniej 1 miliard USD rocznie. W przypadku obiektu, który może działać przez 20 lat lub dłużej, jest to porównywalne z kosztami budowy.
Bez wątpienia są to oszałamiające liczby. Rzeczywiście, zderzacze cząstek są obecnie najdroższymi eksperymentami fizycznymi, jakie istnieją. Ich cena jest wyższa niż cena nawet następnego najdroższego rodzaju eksperymentów, teleskopów w misjach satelitarnych.
Głównym powodem, dla którego koszt jest tak wysoki, jest to, że od lat 90. XX wieku istniała tylko przyrostowa ulepszenia technologii zderzaczy. W konsekwencji jedynym sposobem na osiągnięcie wyższych energii jest dziś budowanie większych maszyn. To właśnie sam rozmiar fizyczny – długie tunele, wiele magnesów potrzebnych do ich wypełnienia i wszyscy ludzie potrzebni, aby to zrobić – sprawia, że zderzacze cząstek są tak drogie.
Ale podczas gdy koszt tych zderzaczy rozrosła się, ich znaczenie spadło. Kiedy fizycy zaczęli budować zderzacze w latach czterdziestych XX wieku, nie mieli pełnego spisu cząstek elementarnych i wiedzieli o tym. Nowe pomiary przyniosły nowe zagadki i budowali większe zderzacze, aż w 2012 roku obraz był kompletny. Model Standardowy wciąż ma pewne luźne końce, ale eksperymentalne testowanie ich wymagałoby energii co najmniej dziesięć miliardów razy wyższych niż to, co może przetestować nawet FCC. Dlatego też naukowe argumenty przemawiające za kolejnym większym zderzaczem są obecnie niewielkie.
Oczywiście możliwe jest, że kolejny większy zderzacz dokonałby przełomowego odkrycia. Niektórzy fizycy mają na przykład nadzieję, że może on dostarczyć wskazówek dotyczących natury ciemnej materii lub ciemnej energii.
Tak, można mieć nadzieję. Ale nie ma powodu, dla którego cząstki tworzące ciemną materię lub ciemną energię miałyby pojawiać się w zakresie energii nowego urządzenia. A to przy założeniu, że są to cząstki, na które nie ma dowodów. Co więcej, nawet jeśli są to cząstki, zderzenia o dużej energii mogą nie być najlepszym sposobem ich wyszukiwania. Na przykład słabo oddziałujące cząstki o niewielkich masach nie są czymś, czego szuka się w przypadku dużych zderzaczy.
Istnieją zupełnie różne typy eksperymentów, które mogą prowadzić do przełomów przy znacznie mniejszych kosztach, takich jak pomiary o wysokiej precyzji. przy niskich energiach lub zwiększaniu mas obiektów w stanach kwantowych.Podążanie ku wyższym energiom nie jest jedyną drogą do postępu w podstawach fizyki; to po prostu najdroższy.
W tej sytuacji fizycy cząstek elementarnych powinni skupić się na opracowaniu nowych technologii, które mogą przywrócić zderzacze w rozsądnym przedziale cenowym i powstrzymać się od kopania większej liczby tuneli. Najbardziej obiecującą technologią na horyzoncie jest nowy typ przyspieszenia „pola budzika”, który może radykalnie zmniejszyć odległość niezbędną do przyspieszenia cząstek, a tym samym zmniejszyć rozmiar zderzaczy. Inną technologią zmieniającą grę byłyby nadprzewodniki w temperaturze pokojowej, które mogłyby sprawić, by silne magnesy, na których polegają zderzacze, były bardziej wydajne i przystępne cenowo.
Spojrzenie na te nowe technologie jest również jednym z priorytetów CERN. Ale jak ujawnia aktualizacja strategii, fizycy cząstek elementarnych nie obudzili się w nowej rzeczywistości. większe zderzacze cząstek dobiegły końca. Przynoszą obecnie niewielki naukowy zwrot z inwestycji, a jednocześnie prawie nie mają znaczenia dla społeczeństwa. Duże projekty naukowe zwykle przynoszą korzyści edukacji i infrastrukturze, ale nie jest to typowe dla zderzaczy cząstek. A jeśli tak naprawdę nas interesują te skutki uboczne, więc powinniśmy przynajmniej przeznaczyć nasze pieniądze na badania naukowe o znaczeniu społecznym.
Dlaczego, f czy też na przykład, czy nadal nie mamy międzynarodowego centrum prognoz klimatycznych, które według obecnych szacunków kosztowałoby „tylko” 1 miliard dolarów rozłożonych na 10 lat? To orzeszki ziemne w porównaniu z tym, co wysysa fizyka cząstek elementarnych, ale o wiele ważniejsze. A może zastanawiałeś się ostatnio, czy nie mamy centrum modelowania epidemii?
Dzieje się tak dlatego, że zbyt duże fundusze na naukę są przyznawane na zasadzie bezwładności. W ostatnim stuleciu fizyka cząstek elementarnych stała się dużą, bardzo wpływową i dobrze połączoną społecznością. Będą dalej budować większe zderzacze cząstek tak długo, jak będą mogli, po prostu dlatego, że robią to fizycy cząstek elementarnych, niezależnie od tego, czy ma to sens, czy nie.
Najwyższy czas, aby społeczeństwo przyjęło bardziej oświecone podejście do finansowania dużych projektów naukowych niż dalsze dawanie pieniędzy tym, którym wcześniej dawali pieniądze. Mamy większe problemy niż zmierzenie następnej cyfry masy bozonu Higgsa.