Μπαλόνι κόστους για το μεγάλο έργο σωματιδιακής φυσικής των ΗΠΑ

Το γιγαντιαίο νέο πείραμα από το οποίο εξαρτάται το μέλλον της σωματιδιακής φυσικής των ΗΠΑ είναι πολύ υπερπροϋπολογισμός και χρόνια πίσω από το χρονοδιάγραμμα, και μια αναταραχή της ηγεσίας στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab), τον οικοδεσπότη του πειράματος, προσθέτει στην αναταραχή. Το Long-Baseline Neutrino Facility/Deep Underground Neutrino Experiment (LBNF/DUNE), μια τεράστια προσπάθεια ανίχνευσης των πιο άπιαστων σωματιδίων της φύσης, αναμένεται τώρα να κοστίσει
$3 δισεκατομμύρια, 60% περισσότερο από την προκαταρκτική εκτίμηση, και η κατασκευή έχει διολίσθησε 4 χρόνια, με τα πρώτα στοιχεία να αναμένονται το 2029. Το αυξανόμενο κόστος υποχρεώνει το Υπουργείο Ενέργειας να επαναξιολογήσει τον σχεδιασμό του έργου, αν και οι υπεύθυνοι της DOE λένε ότι δεν έχουν σχέδια να το μειώσουν.

"Το DOE δεν σχεδιάζει να εφαρμόσει οποιεσδήποτε μειώσεις πεδίου που θα θυσίαζαν την επιστημονική εμβέλεια του πειράματος", έγραψε ο Jim Siegrist, αναπληρωτής διευθυντής του DOE για τη φυσική υψηλής ενέργειας, σε ένα email στο Science . Μερικοί φυσικοί ελπίζουν ότι η DOE θα πάρει τα χρήματα για να καλύψει τις υπερβάσεις από ένα σχέδιο δαπανών 3,5 τρισεκατομμυρίων δολαρίων για την αναζωογόνηση της οικονομίας, που τώρα συζητείται στο Κογκρέσο. Η έκδοση της Βουλής των Αντιπροσώπων αυτού του πακέτου δαπανών περιέχει 1,3 δισεκατομμύρια δολάρια για το LBNF/DUNE. Αλλά το πέρασμα απέχει πολύ από το να είναι βέβαιο.

Το LBNF/DUNE θα εκτόξευε μόλις ανιχνεύσιμα σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα από το Fermilab, στο Ιλινόις, σε έναν υπόγειο ανιχνευτή σωματιδίων 1300 χιλιόμετρα μακριά σε ένα εγκαταλελειμμένο χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα. Τα νετρίνα έρχονται σε τρεις τύπους —ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ— που μεταμορφώνονται το ένα μέσα στο άλλο καθώς κουμπώνουν με ταχύτητα σχεδόν φωτός. Το LBNF/DUNE στοχεύει να θέσει τη θεωρία τέτοιων ταλαντώσεων νετρίνων στην οριστική δοκιμασία και να αναζητήσει μια διαφορά στον τρόπο με τον οποίο τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντώνονται, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει πώς το σύμπαν παρήγαγε περισσότερη ύλη παρά αντιύλη.

Οι υπερβάσεις του προϋπολογισμού είναι η πιο πρόσφατη ανατροπή σε μια 20ετή προσπάθεια για την κατασκευή ενός τεράστιου πειράματος νετρίνων βαθιά στο ορυχείο Homestake, όπου 1,5 χιλιόμετρο βράχου θα εμπόδιζε την εξαγωγή συμπερασμάτων από τις κοσμικές ακτίνες. Το 2001, οι φυσικοί πρότειναν στο Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών να κατασκευάσει ένα τεράστιο υπόγειο εργαστήριο στο Homestake, αλλά 10 χρόνια αργότερα το διοικητικό συμβούλιο του NSF απέκρουσε. Η DOE γρήγορα επιβεβαίωσε ότι ήθελε το πείραμα με νετρίνο, αλλά μόνο στο μισό από τα 1,9 δισεκατομμύρια δολάρια που εκτιμήθηκε τότε ότι θα κοστίσει. Οι φυσικοί κράτησαν το έργο μεγάλο προσκαλώντας διεθνείς συνεισφορές και το 2013 το CERN, το ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων, δήλωσε ότι θα λάβει μέρος.

Στις 5 Νοεμβρίου 2015, η DOE ενέκρινε έναν εννοιολογικό σχεδιασμό για το πείραμα των δύο μερών, μαζί με ένα προκαταρκτικό εύρος κόστους από 1,26 δισεκατομμύρια δολάρια έως 1,86 δισεκατομμύρια δολάρια. Το LBNF περιλαμβάνει τα κτίρια, μια νέα δέσμη νετρίνων στο Fermilab, τις πειραματικές αίθουσες στη Νότια Ντακότα και τις τεράστιες μπανιέρες ψυγείου για να συγκρατούν τους ανιχνευτές νετρίνων. Το DUNE αποτελείται μόνο από τους ανιχνευτές, συμπεριλαμβανομένου ενός στη Νότια Ντακότα που περιέχει 70.000 τόνους παγωμένου υγρού αργού και έναν μικρότερο στο Fermilab για την παρακολούθηση της εξερχόμενης δέσμης.

Η έγκριση για την κατασκευή των ανιχνευτών απέχει τουλάχιστον 1 χρόνο, αλλά η κατασκευή των εγκαταστάσεων ξεκίνησε στο Ιλινόις το 2019 και στη Νότια Ντακότα το 2017. Τον Μάιο, οι εργαζόμενοι δοκίμασαν το σύστημα μεταφοράς που θα μεταφέρει 800.000 τόνους βράχου από το ορυχείο. Διάφοροι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην απότομη αύξηση του κόστους, λέει ο Siegrist:Η γερασμένη υποδομή του ορυχείου χρειαζόταν αναβάθμιση, η εγκατάσταση του ευαίσθητου ανιχνευτή στο Homestake θα είναι πιο δύσκολη από ό,τι αναμενόταν και ο μικρότερος ανιχνευτής στο Fermilab πρέπει να είναι πιο ευαίσθητος από ό,τι είχε αρχικά οραματιστεί. Οι ανασκαφές και η κατασκευή κτιρίων αντιπροσωπεύουν περίπου 2 δισεκατομμύρια δολάρια του κόστους, λένε πολλές πηγές.

Το αίτημα προϋπολογισμού του DOE για το οικονομικό έτος 2022, το οποίο ξεκινά την 1η Οκτωβρίου, επισημαίνει επίσης ότι οι διεθνείς συνεισφορές ήταν χαμηλότερες από τις αναμενόμενες. Ωστόσο, οι διεθνείς εταίροι πληρώνουν για τα μισά από τα δύο πρώτα από τα ενδεχόμενα τέσσερα δομοστοιχεία στον ανιχνευτή Homestake και το CERN θα κατασκευάσει τα ψυγεία για αυτά τα δύο, σημειώνει ο Stefan Söldner-Rembold, φυσικός νετρίνων στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και εκπρόσωπος του 1300μελής ομάδα DUNE.

Η υπέρβαση του προκαταρκτικού κόστους είναι τόσο μεγάλη που οι κανόνες DOE απαιτούν από τους υπαλλήλους να επανεξετάσουν τον εννοιολογικό σχεδιασμό του έργου. Αλλά φαίνονται απρόθυμοι. Μόλις οριστικοποιηθούν οι νέες εκτιμήσεις κόστους, ο Siegrist λέει, «Η DOE θα επιβεβαιώσει εκ νέου το εύρος του έργου και θα εγκρίνει το νέο εύρος κόστους και χρονοδιαγράμματος». Δηλαδή, η DOE οραματίζεται τη διατήρηση του σχεδιασμού και την αλλαγή του κόστους και όχι το αντίστροφο.

Μέσα σε ένα χρόνο αυτή η ευελιξία θα εκλείψει, καθώς οι επικεφαλής του έργου πρέπει να παραδώσουν το τελικό λεπτομερές χρονοδιάγραμμα κοστολόγησης και κατασκευής. Δεδομένης της εργασίας που έχει ήδη γίνει και των προβλημάτων που έχουν λυθεί, οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι μπορούν να διαμορφώσουν μια αξιόπιστη γραμμή βάσης, λέει ο Söldner-Rembold. "Η διαφορά είναι ότι τώρα, όλα είναι στο τραπέζι", λέει.

Το τακ της DOE σημαίνει ότι το LBNF/DUNE θα χρειαστεί περισσότερα χρήματα, τα οποία οι φυσικοί ελπίζουν ότι θα προέλθουν από το πακέτο δαπανών. «Το να έχεις κάτι πραγματικά εξαιρετικό που είναι σημαντικό για τη μακροπρόθεσμη ανταγωνιστικότητα των Ηνωμένων Πολιτειών ως πνευματική δύναμη και να μην βρίσκεις αυτά τα χρήματα φαίνεται πραγματικά τραγικό», λέει ο Patrick Huber, θεωρητικός στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο της Βιρτζίνια και το State University.

Ο εκπρόσωπος Bill Foster (D–IL), πρώην φυσικός Fermilab που υπηρετεί στην επιστημονική επιτροπή της Βουλής, λέει ότι είναι βέβαιος ότι το σχέδιο δαπανών θα περάσει και θα περιλαμβάνει χρηματοδότηση για το LBNF/DUNE, καθώς οι φυσικοί σωματιδίων των ΗΠΑ έθεσαν το έργο προτεραιότητά τους το 2014 μακροπρόθεσμο σχέδιο. «Όταν ένα έργο έχει την πλήρη υποστήριξη της επιστημονικής κοινότητας, εάν υπάρχουν κάποιες αυξήσεις του κόστους, είναι λάθος για το Κογκρέσο να το διακόψει», λέει ο Foster. Εάν το σχέδιο δεν περάσει, η DOE μπορεί να χρειαστεί να κόψει άλλα προγράμματα φυσικής υψηλής ενέργειας για να υποστηρίξει το πιο ακριβό LBNF/DUNE.

Η Fermilab ίσως χρειαστεί να προχωρήσει χωρίς τον τρέχοντα διευθυντή της, Nigel Lockyer, ο οποίος στις 10 Σεπτεμβρίου ανακοίνωσε ότι θα παραιτηθεί μόλις βρεθεί ο αντικαταστάτης του. Ο Lockyer αρνήθηκε να συζητήσει τους λόγους του, αλλά η DOE φαίνεται να θέλει να ταρακουνήσει τη διοίκηση του εργαστηρίου. Σε μια επιστολή προς τους διεθνείς συνεργάτες του LBNF/DUNE, ο Siegrist και ο Stephen Binkley, αναπληρωτής διευθυντής του Γραφείου Επιστήμης της DOE, αναφέρουν ότι το γραφείο "βλέπει αυτήν την αλλαγή ως μια ευκαιρία να αναζωογονήσει όλες τις προσπάθειες της Fermilab".

Οι αξιωματούχοι και οι ερευνητές του DOE πιστώνουν την Lockyer για την καθοδήγηση της Fermilab στις δύσκολες στιγμές. Έφτασε το 2013, 2 χρόνια αφότου έκλεισε η ναυαρχίδα του θρυμματιστή ατόμου, το Tevatron, παραχωρώντας την ανακάλυψη του διάσημου μποζονίου Higgs το 2012 στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN. Ο Lockyer συγκέντρωσε τη Fermilab και τους φυσικούς των ΗΠΑ γύρω από το πρόγραμμα νετρίνων, λέει ο Michael Turner, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ο οποίος βοήθησε στη στρατολόγηση του Lockyer. "Μας έχει βάλει να ηγούμαστε στα νετρίνα και να κάνουμε το μεγαλύτερο έργο που έχει κάνει ποτέ η DOE."