Mark Thomson, a Cambridge-i Egyetem kísérleti részecskefizika professzora a világ tudományának egyik legkeresettebb pozícióját szerezte meg. Egy bizonyos szempontból azonban nehéz nem azon gondolkodni, hogy vajon személyes áldozatot hozott-e a nagyobb jó érdekében.
Január 1-jén Thomson lesz a genfi közelében található, Nobel-díjas nukleáris fizikai laboratórium, a CERN főigazgatója. Itt, mélyen a föld alatt, található a Nagy Hadronütköztető (LHC) – a valaha épített legnagyobb tudományos műszer –, amely újraalkotja az ősrobbanás utáni első pillanatok körülményeit.
Az LHC a történelembe azzal került be, hogy felfedezte a illékony Higgs-bozontot, amelyhez társított mező olyan, mint egy kozmikus ragasztó, amely tömget ad a részecskéknek. Thomson egyik első feladata azonban az lesz, hogy leállítsa az ütköztetőt egy jelentős mérnöki munkához. Nem indul újra addig, amíg mandátuma majdnem véget nem ér.
A Cavendish Laboratórium irodájában, egy több mint 70 évvel ezelőtt Cambridge-ben felfedezett DNS-kettős hélix modell mellett, Thomson távol áll attól, hogy elkeseredett lenne a leállítás miatt. Valójában már alig várja a következő öt évet.
"A gép ragyogóan teljesít, és hatalmas mennyiségű adatot gyűjtünk" – mondja. "Rengeteg mindent kell majd elemezni ebben az időszakban. A fizikai eredmények folyamatosan érkezni fognak."
Thomson háttere hagyományosan nem akadémikus: egy átfogó iskolába járt Worthingben, Nyugat-Sussexben, és csak tizenéves korában, egy a CERN-ről szóló népszerű tudományos könyv elolvasása után kezdett érdeklődni a fizika iránt. "Ez valahogy megadta az irányt" – emlékszik vissza. "Meg akartam érteni, hogyan működik az univerzum." Ő volt az első a családjában, aki egyetemre járt, fizikát tanult Oxfordban.
Az LHC a francia-svájci vidék alatt húzódó 27 kilométeres gyűrűben a fénysebesség közeléig gyorsítja fel a protonokat – a hidrogénatomok magjait. A gyűrű négy pontján ellentétes irányba haladó protonokat ütköztetnek össze. Az ütközések energiája új részecskék záporát hozza létre, amelyeket az LHC detektorai rögzítenek. Einstein híres egyenlete, az E=mc² szerint több energia nagyobb tömegű részecskéket eredményez.
A júniusban kezdődő leállítás az utat egyengeti a Nagy Fényességű LHC (HL-LHC) felé, amely egy jelentős fejlesztés, amely erősebb új szupravezető mágneseket foglal magában a protonnyalábok fókuszálására, hogy azok fényesebbek legyenek. Ez tízszeresére növeli az ütközések számát. A detektorokat is fejlesztik, hogy jobban rögzítsék az új fizika finom jeleit. "Hihetetlenül izgalmas projekt" – mondja Thomson. "Érdekesebb, mint csak a gép szokásos üzemeltetése."
Ha sikerül, a fejlesztés lehetővé teszi a részecskék és kölcsönhatásaik pontosabb mérését, esetleg feltárva a jelenlegi elméletek hiányosságait, amelyek új felfedezésekhez vezethetnek. Egy továbbra is megoldatlan rejtély maga a Higgs-bozon. Míg az elemi részecskék tömget szereznek a Higgs-mezőtől, az, hogy miért különbözőek a tömegük, továbbra is ismeretlen. Még az sem világos, hogy a Higgs-bozonok hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással. "Valami teljesen váratlant láthatunk" – jegyzi meg Thomson.
A Nagy Fényességű LHC felügyelete Thomson ötéves mandátumának központi fókusza lesz. De egy nagyobb és ellentmondásosabb projekttel is foglalkoznia kell: azt kell megterveznie, hogy mi következik az LHC után, amelynek várható élettartama 2041 körül ér véget. A vezető jelölt egy hatalmas gép, a Jövő Körkörös Ütköztetője (FCC).
A CERN megvalósíthatósági tanulmánya szerint az FCC több mint háromszor akkora lenne, mint az LHC, egy új, 91 kilométeres körkörös alagutat igényelne, amelyet akár 400 méter mélyre kellene ásni. A projekt két szakaszban épülne, az első fázis a 2030-as évek végén kezdődne. A 2040-es években az a terv, hogy elektronokat ütköztetnek össze antianyag társaikkal, a pozitronokkal. Majd a 2070-es évek körül ezt a gépet leváltaná egy új ütköztető, amely a Nagy Hadronütköztető (LHC) energiájának hétszeresével ütköztetne protonokat. A kezdeti fázis becsült költsége 15 milliárd svájci frank, vagyis körülbelül 14 milliárd font.
Maga a mérnöki munka ambiciózus, de a Jövő Körkörös Ütköztetője (FCC) szélesebb kihívásokkal néz szembe. A CERN tagállamai, akik 2028-ban szavaznak a projektről, nem tudják fedezni a teljes költséget, ezért további nemzetközi támogatókra van szükség. Ugyanakkor folytatódik a vita arról, hogy ez-e a legjobb gép új felfedezésekhez. Nincs garancia arra, hogy megválaszolja a fizika nagy kérdéseit, például: Mi az a sötét anyag, amely a galaxisok körül csoportosul? Mi az a sötét energia, amely hajtja az univerzum tágulását? Miért olyan gyenge a gravitáció? És miért győzött az anyag az antianyag felett, amikor az univerzum kialakult? Egyértelmű, garantált áttörés nélkül Mark Thomson feladata, hogy támogatást szerezzen, nehezebb lesz.
A CERN azonban mindig is több volt, mint csak tudomány. A laboratóriumnak köszönhetően Európa a részecskefizika világvezetője, amely tízezernyi kutatót vonz és új technológiák fejlesztését hajtja előre. Más országok, nevezetesen az Egyesült Államok és Kína azonban saját következő generációs ütköztető terveivel haladnak előre. Az, hogy a CERN megőrzi-e vezető szerepét, az LHC utódjának sikerétől függ.
"Nem értünk el oda, hogy a felfedezések megálltak volna, és az FCC a természetes következő lépés. Célunk, hogy megértsük az univerzumot legalapvetőbb szinten" – mondja Thomson. "És ez biztosan nem az az idő, hogy feladjuk."
Gyakran Ismételt Kérdések
Természetesen. Íme egy lista a "A Nagy Hadronütköztető irányítását átvevő férfi csak azért teszi ezt, hogy leállítsa" kijelentéssel kapcsolatos GYIK-ekről.
Kezdő Általános kérdések
1 Mi az a Nagy Hadronütköztető?
Az LHC a világ legnagyobb és legerősebb részecskegyorsítója. Ez egy 27 kilométeres, szupravezető mágnesekből álló gyűrű, amely a genfi közelében, a CERN-nél van eltemetve a föld alatt. A tudósok ezzel ütköztetnek össze protonokat a fénysebesség közelében, hogy tanulmányozzák az univerzum alapvető építőköveit.
2 Igaz, hogy egy új személy csak azért veszi át az irányítást, hogy leállítsa az LHC-t?
Nem, ez nem igaz. Ez egy félreértés vagy fikció. Az LHC egy kritikus tudományos műszer. Új igazgatókat vagy projektvezetőket azért neveznek ki, hogy kezeljék működését, fejlesztéseit és jövőbeli kutatási céljait, nem pedig hogy megszüntessék.
3 Miért gondolná bárki is, hogy valaki le akarja állítani?
Ez az ötlet sci-fiből, az ütemezett karbantartás félreértéséből vagy a költségvetési viták összekeveréséből származhat. Az LHC időszakosan hosszú leállásokon megy át fejlesztések és javítások miatt, amit valaki félreérthet végleges bezárásként.
4 Ki irányítja valójában az LHC-t?
Az LHC-t a CERN, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet kezeli. Egy tudósokból, mérnökökből és egy projektvezetőből álló csapat felügyeli napi működését. A vezetői szerepek idővel változnak a normális karrierfejlődés részeként.
5 Egyetlen személy egyáltalán dönthet úgy, hogy leállítja az LHC-t?
Nem. Az LHC egy nemzetközi projekt, amelyet sok ország együttműködése finanszíroz és üzemeltet. Bármilyen nagy döntés, például egy végleges leállítás, összetett konszenzust igényelne a tagállamok és a tudományos közösség között, nem pedig egyetlen személytől függne.
Haladó Működési kérdések
6 Az LHC-t valaha leállítják?
Igen, de csak átmenetileg. Többéves üzemidőszakokat követnek ütemezett Hosszú Leállások. Ezek az időszakok elengedhetetlen karbantartásra, teljesítményének vagy érzékenységének növelésére, valamint új detektorok telepítésére szolgálnak.
7 Mi történik egy ütemezett Hosszú Leállás alatt?
A csapatok több ezer karbantartási feladatot hajtanak végre: megerősítik az elektromos csatlakozásokat, frissítik a számítógépes rendszereket, új nyalábcsoveket telepítenek és javítják a detektor alkatrészeket. Olyan, mint egy hatalmas boxkiállás, hogy a gépet még jobbá tegyék.
