Mark Thomson, professor i eksperimentell partikkelfysikk ved University of Cambridge, har sikret seg en av de mest etterspurte stillingene i global vitenskap. Likevel, fra et visst perspektiv, er det vanskelig ikke å lure på om han har gjort et personlig offer for fellesskapets beste.
Fra 1. januar blir Thomson generaldirektør for CERN, det Nobelpris-belønnede kjernefysikklaboratoriet nær Genève. Det er her, dypt under jorden, at Large Hadron Collider (LHC) – det største vitenskapelige instrumentet noensinne bygget – gjenskapte forholdene fra de første øyeblikkene etter Big Bang.
LHC sikret sin plass i historien ved å oppdage den illusive Higgs-bosonen, hvis tilknyttede felt fungerer som en kosmisk lim som gir partikler masse. Imidlertid vil en av Thomsons første oppgaver være å stenge ned partikkelakseleratoren for større ingeniørarbeid. Den vil ikke starte opp igjen før hans periode er nesten over.
På kontoret sitt ved Cavendish Laboratory, forbi en modell av DNA-dobbelspiralen oppdaget i Cambridge for over 70 år siden, er Thomson langt fra motløs over nedstengningen. Faktisk ser han frem til de neste fem årene.
"Maskinen presterer fantastisk, og vi samler inn enorme datamengder," sier han. "Det vil være nok å analysere i denne perioden. Fysikkresultatene vil fortsette å komme."
Thomsons bakgrunn er ikke tradisjonelt akademisk: han gikk på en offentlig skole i Worthing, West Sussex, og utviklet en interesse for fysikk først etter å ha lest en populærvitenskapelig bok om CERN i tidlig tenåring. "Den satte retningen min på en måte," husker han. "Jeg ville forstå hvordan universet fungerer." Han var den første i familien som gikk på universitet, og studerte fysikk ved Oxford.
LHC akselererer protoner – hydrogenatomers kjerner – til nesten lysets hastighet inne i en 27-kilometers ring under det fransk-sveitsiske landskapet. På fire punkter rundt ringen kollideres protoner som beveger seg i motsatte retninger. Energien fra disse kollisjonene skaper en strøm av nye partikler, som registreres av LHCs detektorer. I følge Einsteins berømte ligning, E=mc², produserer mer energi mer massive partikler.
Fra juni vil nedstengningen ban vei for High-Luminosity LHC, en større oppgradering som involverer kraftige nye superledende magneter for å fokusere protonstrålene og gjøre dem sterkere. Dette vil øke antall kollisjoner tifold. Detektorene forbedres også for bedre å fange de subtile tegnene på ny fysikk. "Det er et utrolig spennende prosjekt," sier Thomson. "Det er mer interessant enn bare å kjøre maskinen som vanlig."
Hvis vellykket, vil oppgraderingen muliggjøre mer presise målinger av partikler og deres interaksjoner, og potensielt avsløre feil i nåværende teorier som kan føre til nye oppdagelser. Et vedvarende mysterium er Higgs-bosonen selv. Mens elementærpartikler får masse fra Higgs-feltet, forblir det ukjent hvorfor massene deres varierer. Til og med hvordan Higgs-bosoner interagerer med hverandre er uklart. "Vi kunne sett noe helt uventet," bemerker Thomson.
Å overvåke High-Luminosity LHC vil være et sentralt fokus for Thomsons femårsperiode. Men han må også adressere et større og mer omstridt prosjekt: planleggingen av det som kommer etter LHC, som er planlagt å avslutte sin levetid rundt 2041. Den ledende kandidaten er en kolossal maskin kalt Future Circular Collider (FCC).
Ifølge CERNs gjennomførbarhetsstudie vil FCC være over tre ganger større enn LHC, og kreve en ny 91-kilometers sirkulær tunnel gravd opp til 400 meter under jorden. Prosjektet vil bygges i to faser, med første fase startende i slutten av 2030-årene. På 2040-tallet er planen å kollidere elektroner med deres antimaterie-partnere, positroner. Deretter, rundt 2070-tallet, vil den maskinen bli erstattet av en ny kollider designet for å smadre protoner med syv ganger energien til Large Hadron Collider (LHC). Den innledende fasen anslås å koste 15 milliarder sveitsiske franc, eller omtrent 14 milliarder pund.
Ingeniørarbeidet i seg selv er ambisiøst, men Future Circular Collider (FCC) står overfor bredere utfordringer. CERNs medlemsland, som vil stemme om prosjektet i 2028, kan ikke dekke hele kostnaden, så ytterligere internasjonale bidragsytere er nødvendige. Samtidig pågår en debatt om hvorvidt dette er den beste maskinen for å gjøre nye oppdagelser. Det er ingen garanti for at den vil besvare de store spørsmålene i fysikken, som: Hva er den mørke materien som klumper seg rundt galakser? Hva er den mørke energien som driver universets ekspansjon? Hvorfor er tyngdekraften så svak? Og hvorfor seiret materie over antimaterie da universet ble dannet? Uten et klart, garantert gjennombrudd vil Mark Thomsons oppgave med å samle støtte bli vanskeligere.
Likevel har CERN alltid handlet om mer enn bare vitenskap. Takket være laboratoriet er Europa den globale lederen innen partikkelfysikk, og tiltrekker seg titusener av forskere og driver utviklingen av ny teknologi. Imidlertid fremmer andre land, spesielt USA og Kina, sine egne planer for neste generasjons kollidere. Om CERN beholder sin fremtredende posisjon avhenger av suksessen til LHCs etterfølger.
"Vi har ikke nådd et punkt hvor oppdagelser har stoppet, og FCC er det naturlige neste steget. Målet vårt er å forstå universet på sitt mest fundamentale nivå," sier Thomson. "Og dette er absolutt ikke tidspunktet for å gi opp."
Ofte stilte spørsmål
Selvfølgelig. Her er en liste over vanlige spørsmål om uttalelsen: "Mannen som tar kontroll over Large Hadron Collider gjør det bare for å stenge den ned."
Nybegynner – Generelle spørsmål
1. Hva er Large Hadron Collider?
LHC er verdens største og kraftigste partikkelakselerator. Det er en 27-kilometers ring av superledende magneter begravd under jorden nær Genève, Sveits, ved CERN. Forskere bruker den til å kollidere protoner sammen i nesten lysets hastighet for å studere universets grunnleggende byggesteiner.
2. Er det sant at en ny person tar kontroll bare for å stenge LHC ned?
Nei, det er ikke sant. Dette er en misforståelse eller en oppdiktet historie. LHC er et kritisk vitenskapelig instrument. Nye direktører eller prosjektledere utnevnes for å administrere dens drift, oppgraderinger og fremtidige forskningsmål, ikke for å avslutte den.
3. Hvorfor skulle noen tro at noen ønsker å stenge den ned?
Denne ideen kan komme fra science fiction, en misforståelse av planlagt vedlikehold eller forvirring om budsjettdebatter. LHC gjennomgår periodisk lange nedstenginger for oppgraderinger og reparasjoner, noe som noen kan misforstå som en permanent stenging.
4. Hvem har faktisk ansvaret for LHC?
LHC administreres av CERN, Den europeiske organisasjonen for kjerneforskning. Et team av forskere, ingeniører og en prosjektleder overvåker dens daglige drift. Ledelsesroller endres over tid som en del av normal karriereutvikling.
5. Kan én person i det hele tatt bestemme å stenge LHC ned?
Nei. LHC er et internasjonalt prosjekt finansiert og drevet av et samarbeid mellom mange land. Enhver større beslutning, som en permanent nedstenging, vil kreve kompleks enighet blant medlemsland og det vitenskapelige fellesskapet, ikke en enkeltperson.
Viderekomne – Driftsspørsmål
6. Blir LHC noen gang stengt ned?
Ja, men bare midlertidig. Den kjører i flerårige kjøreperioder etterfulgt av planlagte "Long Shutdowns". Disse periodene er for essensielt vedlikehold, oppgraderinger for å øke kraften eller følsomheten, og for å installere nye detektorer.
7. Hva skjer under en planlagt "Long Shutdown"?
Team utfører tusenvis av vedlikeholdsoppgaver: forsterker elektriske tilkoblinger, oppgraderer datasystemer, installerer nye strålerør og forbedrer detektorkomponenter. Det er som et massivt pit-stop for å gjøre maskinen enda bedre.
