Mark Thomson, professor i experimentell partikelfysik vid University of Cambridge, har säkrat ett av de mest eftertraktade uppdragen inom global vetenskap. Ändå är det, ur ett visst perspektiv, svårt att undgå att undra om han har gjort ett personligt uppoffring för det större syftet.
Den 1 januari blir Thomson generaldirektör för CERN, det Nobelprisbelönade kärnfysiklaboratoriet nära Genève. Det är här, djupt under jord, som Large Hadron Collider (LHC) – det största vetenskapliga instrument som någonsin byggts – återskapar förhållandena från de första ögonblicken efter Big Bang.
LHC säkrade sin plats i historien genom att upptäcka den svårfångade Higgsbosonen, vars associerade fält fungerar som ett kosmiskt lim som ger partiklar massa. Men ett av Thomsons första uppgifter kommer att vara att stänga ner kollidern för omfattande ingenjörsarbeten. Den kommer inte att startas igen förrän hans mandatperiod närmar sig sitt slut.
I sitt kontor på Cavendish Laboratory, förbi en modell av DNA-dubbelspiralen som upptäcktes i Cambridge för över 70 år sedan, är Thomson långt från nedslagen över nedstängningen. Faktum är att han ser fram emot de kommande fem åren.
”Maskinen presterar fantastiskt och vi samlar in enorma mängder data”, säger han. ”Det kommer att finnas gott om material att analysera under denna period. Fysikresultaten kommer att fortsätta strömma in.”
Thomsons bakgrund är inte traditionellt akademisk: han gick en komprehensiv skola i Worthing, West Sussex, och utvecklade ett intresse för fysik först efter att ha läst en populärvetenskaplig bok om CERN i tidiga tonåren. ”Det satte ungefär riktningen för mig”, minns han. ”Jag ville förstå hur universum fungerar.” Han var den första i sin familj som läste på universitet, där han studerade fysik i Oxford.
LHC accelererar protoner – väteatomers kärnor – till nästan ljusets hastighet i en 27-kilometers ring under den fransk-schweiziska landsbygden. Vid fyra punkter runt ringen kollideras protoner som färdas i motsatta riktningar. Energin från dessa kollisioner skapar en skur av nya partiklar, som registreras av LHC:s detektorer. I enlighet med Einsteins berömda ekvation, E=mc², ger mer energi upphov till tyngre partiklar.
Från och med juni kommer nedstängningen att bana väg för High-Luminosity LHC, en stor uppgradering som innefattar kraftfulla nya supraledande magneter för att fokusera protonstrålarna och göra dem starkare. Detta kommer att öka antalet kollisioner tiofalt. Även detektorerna förbättras för att bättre fånga subtila tecken på ny fysik. ”Det är ett otroligt spännande projekt”, säger Thomson. ”Det är mer intressant än att bara driva maskinen som vanligt.”
Om framgångsrik kommer uppgraderingen att möjliggöra mer precisa mätningar av partiklar och deras interaktioner, vilket potentiellt kan avslöja brister i nuvarande teorier som kan leda till nya upptäckter. En kvarstående gåta är Higgsbosonen själv. Medan elementarpartiklar får massa från Higgsfältet, förblir orsaken till varför deras massor skiljer sig okänd. Även hur Higgsbosoner interagerar med varandra är oklart. ”Vi skulle kunna se något helt oväntat”, noterar Thomson.
Att övervaka High-Luminosity LHC kommer att vara ett centralt fokus under Thomsons femåriga mandatperiod. Men han måste också ta itu med ett större och mer kontroversiellt projekt: planeringen för vad som kommer efter LHC, som förväntas avsluta sin livstid omkring 2041. Den främsta kandidaten är en kolossal maskin kallad Future Circular Collider (FCC).
Enligt CERN:s genomförbarhetsstudie skulle FCC vara över tre gånger större än LHC, vilket kräver en ny 91-kilometers cirkulär tunnel grävd upp till 400 meter under marken. Projektet skulle byggas i två etapper, med den första fasen påbörjad i slutet av 2030-talet. Under 2040-talet är planen att kollidera elektroner med sina antimateria-partners, positroner. Sedan, omkring 2070-talet, skulle den maskinen ersättas av en ny kolliderare designad för att kollidera protoner med sju gånger energin hos Large Hadron Collider (LHC). Den inledande fasen beräknas kosta 15 miljarder schweiziska franc, eller ungefär 14 miljarder pund.
Själva ingenjörsarbetet är ambitiöst, men Future Circular Collider (FCC) står inför bredare utmaningar. CERN:s medlemsstater, som kommer att rösta om projektet 2028, kan inte täcka hela kostnaden, så ytterligare internationella bidragsgivare behövs. Samtidigt pågår en debatt om huruvida detta är den bästa maskinen för att göra nya upptäckter. Det finns ingen garanti för att den kommer att besvara de stora frågorna inom fysiken, såsom: Vad är den mörka materia som klumpar sig runt galaxer? Vad är den mörka energi som driver universums expansion? Varför är gravitationen så svag? Och varför segrade materia över antimateria när universum bildades? Utan ett tydligt, garanterat genombrott blir Mark Thomsons uppgift att samla stöd svårare.
Ändå har CERN alltid handlat om mer än bara vetenskap. Tack vare laboratoriet är Europa en global ledare inom partikelfysik, lockar till sig tiotusentals forskare och driver utvecklingen av ny teknik. Men andra länder, framför allt USA och Kina, framskrider med egna planer för nästa generations kolliderare. Huruvida CERN behåller sin framträdande position beror på framgången för LHC:s efterträdare.
”Vi har inte nått en punkt där upptäckterna har upphört, och FCC är det naturliga nästa steget. Vårt mål är att förstå universum på sin mest grundläggande nivå”, säger Thomson. ”Och det här är absolut inte rätt tillfälle att ge upp.”
Vanliga frågor
Såklart Här är en lista med vanliga frågor om uttalandet "Mannen som tar över Large Hadron Collider gör det bara för att stänga ner den"
Nybörjare Allmänna frågor
1 Vad är Large Hadron Collider?
LHC är världens största och kraftfullaste partikelaccelerator. Det är en 27-kilometers ring av supraledande magneter begravd under marken nära Genève, Schweiz, vid CERN. Forskare använder den för att kollidera protoner i nästan ljusets hastighet för att studera universums grundläggande byggstenar.
2 Stämmer det att en ny person tar över bara för att stänga ner LHC?
Nej, det är inte sant. Detta är en missuppfattning eller en fiktion. LHC är ett kritiskt vetenskapligt instrument. Nya direktörer eller projektledare utses för att hantera dess drift, uppgraderingar och framtida forskningsmål, inte för att avsluta den.
3 Varför skulle någon tro att någon vill stänga ner den?
Denna idé kan komma från science fiction, en missuppfattning om schemalagt underhåll eller förvirring om budgetdebatter. LHC genomgår periodvis långa nedstängningar för uppgraderingar och reparationer, vilket någon kan missuppfatta som en permanent nedläggning.
4 Vem är faktiskt ansvarig för LHC?
LHC hanteras av CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning. Ett team av forskare, ingenjörer och en projektledare övervakar dess dagliga drift. Ledarrollerna förändras över tid som en del av normal karriärutveckling.
5 Kan enskild person ens besluta att stänga ner LHC?
Nej. LHC är ett internationellt projekt som finansieras och drivs av ett samarbete mellan många länder. Ett stort beslut som en permanent nedstängning skulle kräva en komplex konsensus bland medlemsstaterna och det vetenskapliga samfundet, inte en enskild individ.
Mellannivå Driftsfrågor
6 Stängs LHC någonsin ner?
Ja, men endast tillfälligt. Den körs i fleråriga körperioder följt av schemalagda Långa Nedstängningar. Dessa perioder är för viktigt underhåll, uppgraderingar för att öka dess kraft eller känslighet, och för att installera nya detektorer.
7 Vad händer under en schemalagd Lång Nedstängning?
Team utför tusentals underhållsuppgifter: förstärker elektriska anslutningar, uppgraderar datorsystem, installerar nya strålrör och förbättrar detektorkomponenter. Det är som ett massivt depåstopp för att göra maskinen ännu bättre.
