Οι Ευρωπαίοι φυσικοί κάνουν τολμηρά ένα μικρό βήμα προς τον θρυμματιστή ατόμων μήκους 100 χιλιομέτρων
Είναι μια αλήθεια που αναγνωρίζεται παγκοσμίως ότι ένα εργαστήριο φυσικής με μια κορυφαία επιστημονική εγκατάσταση στον κόσμο πρέπει να έχει ένα σχέδιο για μια ακόμα καλύτερη μηχανή για να το διαδεχθεί. Το ίδιο συμβαίνει και με το Ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων, το CERN, κοντά στη Γενεύη, όπου βρίσκεται ο μεγαλύτερος θρυμματιστής ατόμων στον κόσμο, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) μήκους 27 χιλιομέτρων. Σήμερα, το διοικητικό συμβούλιο του CERN ανακοίνωσε ότι θα ξεκινήσει μια μελέτη τεχνικής και οικονομικής σκοπιμότητας για την κατασκευή ενός ακόμη μεγαλύτερου επιταχυντή μήκους 80 έως 100 χιλιομέτρων (στην πραγματικότητα δύο από αυτά διαδοχικά) που θα μπορούσε τελικά να φτάσει σε ενέργεια επτά φορές μεγαλύτερη από τον LHC. Το πρώτο μηχάνημα δεν θα κατασκευαστεί πριν από το 2040.
Υπάρχει «κάποια περηφάνια για τα κράτη μέλη του CERN [που είναι] το κορυφαίο εργαστήριο φυσικής σωματιδίων και νομίζω ότι υπάρχει ενδιαφέρον να παραμείνει το CERN εκεί», λέει η Ursula Bassler, φυσική και πρόεδρος του συμβουλίου του CERN, της επιτροπής εκπρόσωποι από τα 23 κράτη που υποστηρίζουν το εργαστήριο. Ωστόσο, η γενική διευθύντρια του CERN Fabiola Gianotti τονίζει ότι δεν έχει δεσμευτεί για την κατασκευή ενός νέου επιταχυντή μαμούθ, που θα μπορούσε να κοστίσει 20 δισεκατομμύρια δολάρια. «Δεν υπάρχει καμία σύσταση για την υλοποίηση οποιουδήποτε έργου», λέει. "Αυτό έρχεται σε λίγα χρόνια."
Οι φυσικοί έχουν συζητήσει ποιος επιταχυντής θα κατασκευάσει στη συνέχεια πολύ πριν ο LHC αρχίσει να λαμβάνει δεδομένα το 2010. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι συζητήσεις επικεντρώνονταν σε έναν γραμμικό επιταχυντή μήκους 30 χιλιομέτρων, ευθείας βολής που θα συνέτριβε τα ηλεκτρόνια σε ποζιτρόνια. Μια τέτοια μηχανή θα συμπλήρωνε τον κυκλικό LHC, ο οποίος συνθλίβει αντικυκλοφορούντες δέσμες πρωτονίων. Οι δύο τύποι μηχανών έχουν διαφορετικές αντοχές. Ένας επιταχυντής πρωτονίων μπορεί γενικά να φτάσει σε υψηλότερες ενέργειες και να ανακαλύψει βαρύτερα νέα σωματίδια. Αλλά τα πρωτόνια αποτελούνται από άλλα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ, έτσι κάνουν ακατάστατες συγκρούσεις. Αντίθετα, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια είναι αδιαίρετα θεμελιώδη σωματίδια, επομένως κάνουν καθαρότερες συγκρούσεις. Ιστορικά, οι φυσικοί συχνά έχουν βρει νέα σωματίδια σε επιταχυντές πρωτονίων και τα μελέτησαν λεπτομερώς σε επιταχυντές ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.
Αυτό είναι το παιχνίδι που προσπαθούν να παίξουν σήμερα οι φυσικοί των σωματιδίων σε όλο τον κόσμο. Το 2012, ο LHC που συνθλίβει πρωτόνια εκτόξευσε το μποζόνιο Χιγκς, το τελευταίο σωματίδιο που προβλέφθηκε από το τυπικό μοντέλο των φυσικών και τον κρίκο στην εξήγηση τους πώς όλα τα άλλα θεμελιώδη σωματίδια παίρνουν τη μάζα τους. Πολλοί θα ήθελαν τώρα να κατασκευάσουν έναν επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και να τον λειτουργήσουν ως εργοστάσιο Higgs, για να φτιάξουν το σωματίδιο σε μεγάλους αριθμούς και να δουν αν έχει ακριβώς τις προβλεπόμενες ιδιότητες. Οποιαδήποτε απόκλιση από τις προβλέψεις θα ήταν σημάδια νέας φυσικής πέρα από το τυπικό μοντέλο 40 ετών, κάτι που οι φυσικοί των σωματιδίων θέλουν απεγνωσμένα να βρουν. Οι φυσικοί στην Ιαπωνία θα ήθελαν να φιλοξενήσουν έναν τέτοιο γραμμικό επιταχυντή.
Πριν από μερικά χρόνια, ωστόσο, ορισμένοι φυσικοί πρότειναν μια άλλη προσέγγιση, κατασκευάζοντας έναν κυκλικό επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων μήκους 80 έως 100 χιλιομέτρων για τη μελέτη του Higgs. Αυτό το μηχάνημα θα είχε ένα σημαντικό μειονέκτημα:Καθώς τα ηλεκτρόνια μικρού βάρους περιφέρονται σε κύκλους, εκπέμπουν άφθονες ακτίνες Χ και χάνουν ενέργεια, επομένως μια τέτοια μηχανή είναι αναποτελεσματική και περιορισμένη στην ενεργειακή της εμβέλεια. Αλλά έχει ένα μεγάλο πρακτικό πλεονέκτημα:Η σήραγγα που χρειάζεται θα μπορούσε επίσης αργότερα να χρησιμοποιηθεί για να στεγάσει έναν επιταχυντή πρωτονίων υψηλότερης ενέργειας. Αυτό ακριβώς έκανε το CERN με τον LHC, ο οποίος κατασκευάστηκε σε μια υπάρχουσα σήραγγα που σκάφτηκε για τον Μεγάλο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων, ο οποίος λειτουργούσε από το 1989 έως το 2000. (Μελέτησε λεπτομερώς τα σωματίδια που ονομάζονται μποζόνια W και Z που είχαν ανακαλυφθεί προηγουμένως με έναν επιταχυντή πρωτονίου-αντιπρωτονίου στο CERN.)
Τώρα, οι φυσικοί του CERN οραματίζονται ένα μέλλον στο οποίο, γύρω στο 2040, θα κατασκευάσουν έναν τεράστιο κυκλικό επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων για να μελετήσουν το Higgs. Στη συνέχεια, θα ακολουθούσαν έναν πιο ισχυρό επιταχυντή πρωτονίων για να φτάσουν σε ένα νέο σύνορο υψηλής ενέργειας. Σήμερα, το συμβούλιο του CERN έκανε ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, ανακοινώνοντας την ενημέρωση της στρατηγικής του μακράς εμβέλειας, την πρώτη από το 2013.
Ωστόσο, το πόσο έχουν αλλάξει τα σχέδια του CERN παραμένει θολό. Μερικοί φυσικοί εκεί εργάζονται εδώ και καιρό πάνω στο σχέδιο του ίδιου του CERN για έναν γραμμικό επιταχυντή. Και φαίνεται ότι η νέα στρατηγική μεγάλης εμβέλειας δεν παραμερίζει εντελώς αυτή την ιδέα. «Συνιστούμε επίσης τη συνεχή Έρευνα και Ανάπτυξη του επιταχυντή για να διασφαλίσουμε ότι δεν θα χάσουμε την ευκαιρία να βελτιώσουμε την τεχνολογία επιταχυντή μας», δήλωσε η Halina Abramowicz, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ που ηγήθηκε της άσκησης σχεδιασμού, κατά τη διάρκεια μιας διαδικτυακής συνεδρίας ερωτήσεων και απαντήσεων. "Πιστεύω ότι είναι σημαντικό να μεταφέρουμε αυτό το μήνυμα πολύ καθαρά."
Η μελέτη σκοπιμότητας για το μεγάλο νέο μηχάνημα θα πρέπει να γίνει έως το 2026 ή το 2027, όταν το CERN θα ενημερώσει τη μακροπρόθεσμη στρατηγική του. Το CERN μπορεί επίσης να έχει ανταγωνισμό στην υποτιθέμενη κούρσα εξοπλισμών συγκρουόμενων, καθώς οι φυσικοί στην Κίνα έχουν παρόμοια σχέδια για την κατασκευή μεγάλων κυκλικών επιταχυντών. Φυσικά, όλα μπορεί να εξαρτώνται από το εάν ο LHC, ο οποίος τώρα υφίσταται αναβάθμιση και θα λειτουργεί μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2030, θα βρει κάτι πέρα από το μποζόνιο Higgs για μελέτη. Εάν δεν συμβεί αυτό, το να πειστούν οι κυβερνήσεις της Ευρώπης να ξοδέψουν 20 δισεκατομμύρια δολάρια για τη μελέτη μόνο του Higgs μπορεί να αποδειχθεί μια τρομακτική πολιτική πρόκληση.
