Detta är inte den rätt tid för en större partikelaccelerator. Men CERN, det europeiska fysikcentret i Genève, Schweiz, har planer – stora planer. Den största anläggningen för partikelfysik i världen, som för närvarande driver världens största partikelkolliderare, har meddelat att den syftar till att bygga en ännu större maskin, vilket avslöjades vid en presskonferens och släpp i dag.
Med det, CERN har beslutat att de vill gå vidare med det första steget i en plan för Future Circular Collider (FCC), värd i en ringformad tunnel 100 kilometer, eller lite över 60 miles, i omkrets. Denna maskin kan i slutändan nå kollisionsenergier på 100 teraelektronvolter, ungefär sex gånger kollisionsenergin för den för närvarande fungerande Large Hadron Collider (LHC). Genom att nå oöverträffat höga energier, skulle den nya kollideraren möjliggöra den djupaste inblick i materiens struktur ännu, och erbjuda möjligheten att hitta nya partiklar.
Huruvida hela visionen kommer att uppstå är fortfarande oklart. Men CERN har meddelat att det är av ”hög prioritet” för organisationen att ta det första steget på vägen till FCC: hitta en lämplig plats för tunneln och bygga en maskin för att kollidera elektroner och positroner vid energier som liknar den för LHC (som emellertid använder protoner på protoner). Beslutet om CERN sedan kommer att gå vidare till högenergikollisioner mellan protoner kommer först efter flera års studier och överläggningar.
Detta första steg har också kallats en ”Higgs-fabrik”, eftersom den är speciellt utformad för att producera stora mängder Higgs-bosoner. Higgs-bosonen, som upptäcktes vid CERN 2012, var den sista saknade partikeln i standardmodellen för partikelfysik. Med den nya maskinen vill partikelfysiker mäta dess egenskaper, och egenskaperna hos vissa tidigare upptäckta partiklar, mer detaljerat. (Japan överväger att bygga en linjär kollider med samma syfte som CERNs Higgs-fabrik, men kommittén som arbetar med idén fattade inget definitivt beslut i deras förra årets rapport. Kina överväger en cirkulär kollider som liknar CERNs fullständiga FCC-plan i omfattning och storlek. , men ett beslut förväntas inte förrän nästa år.)
Men CERNs plan, om den genomförs helt, skulle kosta tiotals miljarder dollar. Exakt antal är inte tillgängliga eftersom CERN: s budgetberäkningar vanligtvis inte inkluderar driftkostnaderna. Om man går efter driftskostnaderna för Large Hadron Collider skulle dessa kostnader för den nya kollidern antagligen uppgå till minst 1 miljard dollar per år. För en anläggning som kan fungera i 20 år eller mer är detta jämförbart med byggkostnaderna.
Detta är utan tvekan siffror. Faktum är att partikelkolliderare för närvarande är de dyraste fysikförsöken som finns. Deras prislapp är högre än till och med nästa dyraste typ av experiment, teleskop på satellituppdrag.
Den främsta anledningen till att kostnaden är så hög är att det sedan 1990-talet bara har ökat förbättringar av kolliderteknik. Som en konsekvens är det enda sättet att nå högre energier idag att bygga större maskiner. Det är den stora fysiska storleken – de långa tunnlarna, de många magneterna behöver fylla den och alla människor som behövs för att få det gjort – som gör partikelkollider så dyra.
Men medan kostnaden för dessa kolliderar har ballongerat, har deras relevans minskat. När fysiker började bygga kollider på 1940-talet hade de inte en fullständig inventering av elementära partiklar, och de visste det. Nya mått tog upp nya pussel, och de byggde större kollider tills 2012 var bilden klar. Standardmodellen har fortfarande några lösa ändar, men att testa dem experimentellt skulle kräva energi minst tio miljarder gånger högre än vad även FCC kunde testa. Det vetenskapliga fallet för en nästa större kolliderare är därför för närvarande smal.
Naturligtvis är det möjligt att en nästa större kolliderare skulle göra en genombrottsupptäckt. Vissa fysiker hoppas att det till exempel kan ge ledtrådar om naturen hos mörk materia eller mörk energi.
Ja, man kan hoppas. Men det finns ingen anledning till att partiklarna som utgör mörk materia eller mörk energi ska dyka upp i den nya enhetens energiområde. Och det antas att de är partiklar till att börja med, för vilka det inte finns några bevis. Även om de är partiklar är det dessutom kanske inte mycket energiska kollisioner som är det bästa sättet att leta efter dem. Svagt interagerande partiklar med små massor, till exempel, är inte något man letar efter med stora kolliderar.
Och det finns helt olika typer av experiment som kan leda till genombrott till mycket mindre kostnader, såsom högprecisionsmätningar vid låga energier eller ökande massor av objekt i kvanttillstånd.Att gå till högre energier är inte det enda sättet att göra framsteg i fysikens grundvalar; det är bara den dyraste.
I den här situationen bör partikelfysiker fokusera på att utveckla ny teknik som kan få kolliderna tillbaka i ett rimligt prisklass och hålla ut med att gräva fler tunnlar. Den mest lovande tekniken i horisonten är en ny typ av ”vakna fält” -acceleration som dramatiskt kan minska det avstånd som krävs för att påskynda partiklar och därmed krympa storleken på kolliderna. En annan spelförändrande teknik skulle vara superledare i rumstemperatur som göra de starka magneterna som kolliderna förlitar sig på mer effektiva och prisvärda.
Att titta på dessa nya tekniker är också bland CERN: s prioriteringar. Men som strategin uppdaterar avslöjar har partikelfysiker inte vaknat upp till sin nya verklighet. större partikelkolliderare har gått sin gång. Det har idag liten vetenskaplig avkastning på investeringen och samtidigt nästan ingen samhällelig relevans. Stora vetenskapliga projekt tenderar generellt sett att gynna utbildning och infrastruktur, men detta är inte specifikt för partikelkolliderare. Och om det dessa biverkningar är vad vi verkligen är intresserade av, då borde vi åtminstone lägga in våra pengar på vetenskaplig forskning med samhällelig relevans.
Varför, f eller har vi fortfarande inte ett internationellt centrum för klimatprognoser, som enligt nuvarande uppskattningar skulle kosta ”bara” 1 miljard dollar fördelat över 10 år? Det är jordnötter jämfört med vad partikelfysik suger upp, men ändå mycket viktigare. Eller varför, undrade du kanske nyligen, har vi inte ett centrum för epidemimodellering?
Det beror på att för mycket vetenskapsmedel delas ut på grundval av tröghet. Under det senaste århundradet har partikelfysik vuxit till en stor, mycket inflytelserik och väl ansluten gemenskap. De kommer att fortsätta bygga större partikelkollider så länge de kan, helt enkelt för att det är vad partikelfysiker gör, vare sig det är vettigt eller inte.
Det är dags att samhället tar en mer upplyst metod för att finansiera stora vetenskapliga projekt än att fortsätta att ge pengar till dem de tidigare har gett pengar till. Vi har större problem än att mäta nästa siffra på massan av Higgs-bosonen.