Ο Μαρκ Τόμσον, καθηγητής πειραματικής σωματιδιακής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, έχει εξασφαλίσει έναν από τους πιο πολυπόθητους ρόλους στην παγκόσμια επιστήμη. Ωστόσο, από μια συγκεκριμένη σκοπιά, είναι δύσκολο να μην αναρωτηθεί κανείς αν έχει κάνει μια προσωπική θυσία για το μεγαλύτερο καλό.
Από την 1η Ιανουαρίου, ο Τόμσον θα αναλάβει τη θέση του γενικού διευθυντή του CERN, του βραβευμένου με Νόμπελ εργαστηρίου πυρηνικής φυσικής κοντά στη Γενεύη. Εδώ, βαθιά υπόγεια, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) – το μεγαλύτερο επιστημονικό όργανο που έχει κατασκευαστεί ποτέ – αναδημιουργεί τις συνθήκες από τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο LHC κέρδισε τη θέση του στην ιστορία ανακαλύπτοντας το αδιόρατο μποζόνιο Χιγκς, του οποίου το συναφές πεδίο λειτουργεί ως μια κοσμική κόλλα που προσδίδει μάζα στα σωματίδια. Ωστόσο, ένα από τα πρώτα καθήκοντα του Τόμσον θα είναι να σταματήσει τη λειτουργία του επιταχυντή για σημαντικά έργα μηχανικής. Δεν θα επανεκκινήσει παρά μόνο όταν η θητεία του θα πλησιάζει στο τέλος της.
Στο γραφείο του στο Εργαστήριο Καβενδίς, πέρα από ένα μοντέλο της δίκλωνης έλικας του DNA που ανακαλύφθηκε στο Κέιμπριτζ πριν από πάνω από 70 χρόνια, ο Τόμσον απέχει πολύ από το να είναι δυσαρεστημένος με τη διακοπή λειτουργίας. Στην πραγματικότητα, ανυπομονεί για τα επόμενα πέντε χρόνια.
«Το μηχάνημα αποδίδει εξαιρετικά και συλλέγουμε τεράστιες ποσότητες δεδομένων», λέει. «Θα υπάρχουν πολλά για ανάλυση κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Τα αποτελέσματα στη φυσική θα συνεχίσουν να έρχονται».
Το υπόβαθρο του Τόμσον δεν είναι παραδοσιακά ακαδημαϊκό: πήγε σε ένα ολοκληρωμένο σχολείο στο Γουόρθινγκ του Δυτικού Σάσσεξ και ανέπτυξε ενδιαφέρον για τη φυσική μόνο αφού διάβασε ένα δημοφιλές επιστημονικό βιβλίο για το CERN στις αρχές της εφηβείας του. «Κάπως έθεσε την κατεύθυνσή μου», θυμάται. «Ήθελα να καταλάβω πώς λειτουργεί το σύμπαν». Ήταν ο πρώτος στην οικογένειά του που πήγε στο πανεπιστήμιο, σπουδάζοντας φυσική στην Οξφόρδη.
Ο LHC επιταχύνει πρωτόνια – τους πυρήνες των ατόμων υδρογόνου – σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός μέσα σε ένα δακτύλιο 27 χιλιομέτρων κάτω από την ύπαιθρο στα γαλλοελβετικά σύνορα. Σε τέσσερα σημεία γύρω από το δακτύλιο, πρωτόνια που ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται. Η ενέργεια από αυτές τις συγκρούσεις δημιουργεί μια καταιγίδα νέων σωματιδίων, τα οποία καταγράφονται από τους ανιχνευτές του LHC. Σύμφωνα με τη διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν, E=mc², περισσότερη ενέργεια παράγει πιο μαζικά σωματίδια.
Ξεκινώντας τον Ιούνιο, η διακοπή λειτουργίας θα ανοίξει το δρόμο για τον Υψηλής Φωτεινότητας LHC, μια σημαντική αναβάθμιση που περιλαμβάνει ισχυρούς νέους υπεραγώγιμους μαγνήτες για να εστιάζουν τις δέσμες πρωτονίων, καθιστώντας τις πιο φωτεινές. Αυτό θα αυξήσει τον αριθμό των συγκρούσεων δεκαπλάσια. Οι ανιχνευτές επίσης βελτιώνονται για να καταγράφουν καλύτερα τα λεπτά σημάδια νέας φυσικής. «Είναι ένα απίστευτα συναρπαστικό έργο», λέει ο Τόμσον. «Είναι πιο ενδιαφέρον από το να λειτουργείς απλώς το μηχάνημα ως συνήθως».
Εάν είναι επιτυχημένη, η αναβάθμιση θα επιτρέψει πιο ακριβείς μετρήσεις σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεών τους, αποκαλύπτοντας πιθανώς ελαττώματα στις τρέχουσες θεωρίες που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες ανακαλύψεις. Ένα παρατεταμένο μυστήριο είναι το ίδιο το μποζόνιο Χιγκς. Ενώ τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν μάζα από το πεδίο Χιγκς, γιατί οι μάζες τους διαφέρουν παραμένει άγνωστο. Ακόμη και το πώς τα μποζόνια Χιγκς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους είναι ασαφές. «Θα μπορούσαμε να δούμε κάτι εντελώς απροσδόκητο», σημειώνει ο Τόμσον.
Η εποπτεία του Υψηλής Φωτεινότητας LHC θα είναι ένα κεντρικό σημείο εστίασης της πενταετούς θητείας του Τόμσον. Αλλά πρέπει επίσης να αντιμετωπίσει ένα μεγαλύτερο και πιο επαμφισβητούμενο έργο: τον σχεδιασμό για το τι θα ακολουθήσει μετά τον LHC, που προορίζεται να ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής του γύρω στο 2041. Ο κύριος υποψήφιος είναι μια κολοσσιαία μηχανή που ονομάζεται Μελλοντικός Κυκλικός Επιταχυντής (FCC).
Σύμφωνα με τη μελέτη σκοπιμότητας του CERN, ο FCC θα ήταν πάνω από τρεις φορές το μέγεθος του LHC, απαιτώντας έναν νέο κυκλικό τούνελ 91 χιλιομέτρων που θα σκάβονταν μέχρι 400 μέτρα υπόγεια. Το έργο θα χτιζόταν σε δύο φάσεις, με την πρώτη φάση να ξεκινά στα τέλη της δεκαετίας του 2030. Στη δεκαετία του 2040, το σχέδιο είναι να συγκρούονται ηλεκτρόνια με τα αντιύλης τους αντίστοιχα, ποζιτρόνια. Στη συνέχεια, γύρω στη δεκαετία του 2070, αυτή η μηχανή θα αντικατασταθεί από έναν νέο επιταχυντή σχεδιασμένο να συγκρούει πρωτόνια σε ενέργεια επτά φορές μεγαλύτερη από αυτή του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Η αρχική φάση εκτιμάται ότι θα κοστίσει 15 δισεκατομμύρια ελβετικά φράγκα, ή περίπου 14 δισεκατομμύρια λίρες.
Η μηχανική από μόνη της είναι φιλόδοξη, αλλά ο Μελλοντικός Κυκλικός Επιταχυντής (FCC) αντιμετωπίζει ευρύτερες προκλήσεις. Τα κράτη μέλη του CERN, που θα ψηφίσουν για το έργο το 2028, δεν μπορούν να καλύψουν το σύνολο του κόστους, επομένως απαιτούνται πρόσθετοι διεθνείς συνεισφέροντες. Ταυτόχρονα, συνεχίζεται μια συζήτηση για το αν αυτή είναι η καλύτερη μηχανή για να γίνουν νέες ανακαλύψεις. Δεν υπάρχει εγγύηση ότι θα απαντήσει στα μεγάλα ερωτήματα της φυσικής, όπως: Τι είναι η σκοτεινή ύλη που συσσωρεύεται γύρω από τους γαλαξίες; Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια που προωθεί την επέκταση του σύμπαντος; Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής; Και γιατί η ύλη επικράτησε έναντι της αντιύλης όταν σχηματίστηκε το σύμπαν; Χωρίς μια σαφή, εγγυημένη ανακάλυψη, το έργο του Μαρκ Τόμσον να συγκεντρώσει υποστήριξη θα είναι πιο δύσκολο.
Ωστόσο, το CERN ήταν πάντα κάτι περισσότερο από απλή επιστήμη. Χάρη στο εργαστήριο, η Ευρώπη είναι ο παγκόσμιος ηγέτης στην σωματιδιακή φυσική, προσελκύοντας δεκάδες χιλιάδες ερευνητές και προωθώντας την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών. Ωστόσο, άλλες χώρες, ιδιαίτερα οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Κίνα, προωθούν τα δικά τους σχέδια για επιταχυντές νέας γενιάς. Το αν το CERN θα διατηρήσει την πρωτοπορία του εξαρτάται από την επιτυχία του διαδόχου του LHC.
«Δεν έχουμε φτάσει σε ένα σημείο όπου οι ανακαλύψεις έχουν σταματήσει, και ο FCC είναι το φυσικό επόμενο βήμα. Ο στόχος μας είναι να κατανοήσουμε το σύμπαν στο πιο θεμελιώδες του επίπεδο», λέει ο Τόμσον. «Και αυτή σίγουρα δεν είναι η στιγμή να τα παρατήσουμε».
Συχνές Ερωτήσεις
Φυσικά, εδώ είναι μια λίστα με Συχνές Ερωτήσεις σχετικά με τη δήλωση: Ο άνθρωπος που αναλαμβάνει τον έλεγχο του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων το κάνει μόνο για να τον σταματήσει
Επίπεδο Αρχάριου - Γενικές Ερωτήσεις
1. Τι είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων;
Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Είναι ένας δακτύλιος 27 χιλιομέτρων από υπεραγώγιμους μαγνήτες θαμμένος υπόγεια κοντά στη Γενεύη, στην Ελβετία, στο CERN. Οι επιστήμονες τον χρησιμοποιούν για να συγκρούουν πρωτόνια μεταξύ τους σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, προκειμένου να μελετήσουν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του σύμπαντος.
2. Είναι αλήθεια ότι ένα νέο πρόσωπο αναλαμβάνει τον έλεγχο μόνο για να σταματήσει τον LHC;
Όχι, αυτό δεν είναι αλήθεια. Πρόκειται για μια παρεξήγηση ή ένα μυθιστόρημα. Ο LHC είναι ένα κρίσιμο επιστημονικό όργανο. Νέοι διευθυντές ή επικεφαλής έργου διορίζονται για να διαχειριστούν τις λειτουργίες του, τις αναβαθμίσεις και τους μελλοντικούς ερευνητικούς στόχους του, όχι για να τον τερματίσουν.
3. Γιατί κάποιος θα πίστευε ότι κάποιος θέλει να τον σταματήσει;
Αυτή η ιδέα μπορεί να προέρχεται από επιστημονική φαντασία, μια παρεξήγηση προγραμματισμένης συντήρησης ή σύγχυση σχετικά με διαβουλεύσεις για τον προϋπολογισμό. Ο LHC περιοδικά υφίσταται μακρές διακοπές λειτουργίας για αναβαθμίσεις και επισκευές, κάτι που κάποιος μπορεί να ερμηνεύσει λανθασμένα ως μόνιμη διακοπή.
4. Ποιος είναι στην πραγματικότητα υπεύθυνος για τον LHC;
Ο LHC διαχειρίζεται από το CERN, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών. Μια ομάδα επιστημόνων, μηχανικών και ένας επικεφαλής έργου επιβλέπουν τις καθημερινές λειτουργίες του. Οι ηγετικοί ρόλοι αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου ως μέρος της φυσιολογικής εξέλιξης της καριέρας.
5. Μπορεί ένα άτομο ακόμη και να αποφασίσει να σταματήσει τον LHC;
Όχι. Ο LHC είναι ένα διεθνές έργο που χρηματοδοτείται και λειτουργεί από μια συνεργασία πολλών χωρών. Οποιαδήποτε σημαντική απόφαση, όπως μια μόνιμη διακοπή λειτουργίας, θα απαιτούσε πολύπλοκη συναίνεση μεταξύ των κρατών μελών και της επιστημονικής κοινότητας, όχι ενός μόνο ατόμου.
Επίπεδο Ενδιάμεσο - Ερωτήσεις Λειτουργίας
6. Σταματά ποτέ ο LHC να λειτουργεί;
Ναι, αλλά μόνο προσωρινά. Λειτουργεί σε πολυετείς κύκλους λειτουργίας, ακολουθούμενους από προγραμματισμένες Μακρές Διακοπές. Αυτές οι περίοδοι είναι για απαραίτητη συντήρηση, αναβαθμίσεις για να αυξηθεί η ισχύς ή η ευαισθησία του, και για την εγκατάσταση νέων ανιχνευτών.
7. Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας προγραμματισμένης Μακράς Διακοπής;
Οι ομάδες εκτελούν χιλιάδες εργα
