Ποιος βρήκε πραγματικά το μποζόνιο Higgs
Σε όσους λένε ότι δεν υπάρχει χώρος για ιδιοφυΐα στη σύγχρονη επιστήμη επειδή τα πάντα έχουν ανακαλυφθεί, η Fabiola Gianotti έχει μια κοφτή απάντηση. «Όχι, καθόλου», λέει ο πρώην εκπρόσωπος του Πειράματος ATLAS, του μεγαλύτερου ανιχνευτή σωματιδίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. «Μέχρι τις 4 Ιουλίου 2012 δεν είχαμε καμία απόδειξη ότι η φύση επιτρέπει στοιχειώδη πεδία κλίμακας. Υπάρχει λοιπόν πολύς χώρος για ιδιοφυΐα».
Αναφέρεται στην ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς - δυνητικά μια από τις πιο σημαντικές προόδους στη φυσική τον τελευταίο μισό αιώνα. Είναι μια εκδήλωση του ομώνυμου πεδίου που διαπερνά όλο το διάστημα και ολοκληρώνει το τυπικό μοντέλο της φυσικής:ένα είδος βασικής περιγραφής για την ύπαρξη και τη συμπεριφορά ουσιαστικά ό,τι υπάρχει.
Με οποιεσδήποτε προδιαγραφές, είναι ένα εποχικό, ιδιοφυές επίτευγμα.
Αυτό που είναι λιγότερο σαφές είναι ποια ακριβώς είναι η ιδιοφυΐα. Ένας προφανής υποψήφιος είναι ο Peter Higgs, ο οποίος υπέθεσε το μποζόνιο Higgs, ως συνέπεια του μηχανισμού Brout-Englert-Higgs, το 1964. Του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 2013 μαζί με τον Francois Englert (Ο Englert και ο αποθανών συνάδελφός του Robert Brout έφτασαν στο το ίδιο αποτέλεσμα ανεξάρτητα). Σημαίνει όμως αυτό ότι ο Χιγκς ήταν ιδιοφυΐα; Ο Peter Jenni, ένας από τους ιδρυτές και ο πρώτος «εκπρόσωπος» του ATLAS Experiment Collaboration (ένα από τα δύο πειράματα στο CERN που ανακάλυψαν το σωματίδιο Higgs), διστάζει όταν του κάνω την ερώτηση.
«Οι Χιγκς, ο Μπρουτ και ο Ένγκλερτ δεν πίστευαν ότι [δούλευαν] σε κάτι τόσο μεγαλειώδες όσο [η σχετικότητα του Αϊνστάιν]», δηλώνει προσεκτικά. Το αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας που οδήγησε στο Higgs «ήταν μια προκλητική ερώτηση, αλλά [ο Αϊνστάιν] είδε κάτι νέο και έλυσε ένα ολόκληρο πεδίο. Θα σου έλεγε ο Πίτερ Χιγκς, δούλεψε μερικές εβδομάδες σε αυτό».
Τι γίνεται, λοιπόν, με τους ηγέτες της πειραματικής προσπάθειας, εκείνους που διέθεσαν δισεκατομμύρια δολάρια σε επενδύσεις και χιλιάδες φυσικούς, μηχανικούς και φοιτητές από σχεδόν 40 χώρες για πάνω από τρεις δεκαετίες; Σίγουρα θα πρέπει να υπήρχε ένας ιδιοφυής εγκέφαλος που διευθύνει αυτή τη λεγεώνα εργατών, κάποιον που μπορούμε να ξεχωρίσουμε για την εξαιρετική του προσφορά.
«Όχι», λέει απερίφραστα ο Τζιανότι, κάτι που είναι σπάνιο για έναν φυσικό, «είναι εντελώς διαφορετικό. Τα όργανα που κατασκευάσαμε είναι τόσο περίπλοκα που η εφευρετικότητα και η δημιουργικότητα εκδηλώνονται στην καθημερινή εργασία. Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός προβλημάτων που απαιτούν ιδιοφυΐα και δημιουργικότητα για να διαδοθούν με την πάροδο του χρόνου και σε πολλούς ανθρώπους και όλα στο ίδιο επίπεδο».
Οι επιστημονικές ανακαλύψεις συχνά φαίνονται να οδηγούνται από ατομική ιδιοφυΐα, αλλά αυτή η αντίληψη διαψεύδει την όλο και πιο συνεργατική φύση της σύγχρονης επιστήμης. Ίσως τίποτα δεν καταγράφει αυτή τη διχοτόμηση καλύτερα από την ιστορία της ανακάλυψης Higgs, η οποία παρουσιάζει μια έντονη αντίθεση μεταξύ της φήμης που απονεμήθηκε σε λίγους από τη μια πλευρά και της θεσμοθετημένης ανωνυμίας των πειραμάτων που κατέστησαν δυνατή την ανακάλυψη από την άλλη.
Η αποστροφή για την έννοια των εξαιρετικών ατόμων είναι βαθιά ριζωμένη στη συνεργασία του ATLAS, ένα μέρος του DNA του. Σχεδόν όλες οι αποφάσεις στη συνεργασία εγκρίνονται από αντιπροσωπευτικές ομάδες, όπως το Συμβούλιο του Ινστιτούτου, το Συμβούλιο Συνεργασίας και μια πληθώρα επιτροπών και ομάδων εργασίας. Consensus είναι το όνομα του παιχνιδιού. Ακόμη και ο αποτελεσματικός Διευθύνων Σύμβουλος, ρόλος που είχε ο Τζιανότι από το 2009 έως το 2013, ονομάζεται «Εκπρόσωπος». Μίλησε για τη συνεργασία, αλλά δεν την έκανε κουμάντο.
Η συλλογικότητα είναι ζωτικής σημασίας για το ATLAS εν μέρει επειδή είναι σημαντικό να αποφεύγεται η προσοχή στις προσωπικότητες των αστέρων, έτσι ώστε οι μάζες των φυσικών στη συνεργασία να αισθάνονται ότι κατέχουν την έρευνα με κάποιο τρόπο. Σχεδόν 3.000 άτομα πληρούν τις προϋποθέσεις ως συγγραφείς στα βασικά έγγραφα φυσικής που παράγει η ATLAS και η λίστα συγγραφέων μπορεί να πάρει σχεδόν τόσες σελίδες όσες και η ίδια η εργασία.
Σε πιο λειτουργικό επίπεδο, αυτή η συλλογικότητα διευκολύνει επίσης την προστασία από μεροληψία στην ερμηνεία των δεδομένων. «Σχεδόν ό,τι κάνουμε αποσκοπεί στη μείωση της πιθανής μεροληψίας στην ανάλυση», ισχυρίζεται η Kerstin Tackmann, μέλος της ομάδας ανάλυσης Higgs to Gamma Gamma κατά τη διάρκεια της ανακάλυψης Higgs και πρόσφατης αποδέκτης του Βραβείου Young Scientist Prize in Particle Physics. Όπως πολλοί φυσικοί, ο Tackmann έρχεται στα όρια του ντροπαλού και μιλάει με πολλά προσόντα. Αλλά γίνεται πιο δυναμική όταν μεταφέρει τη σημασία της εξάλειψης της προκατάληψης.
«Δεν εργαζόμαστε με πραγματικά δεδομένα μέχρι το τελευταίο βήμα», εξηγεί. Αφού οριστούν τα εργαλεία ανάλυσης -αλγόριθμοι και λογισμικό, ουσιαστικά-, εφαρμόζονται σε πραγματικά δεδομένα, μια διαδικασία γνωστή ως αποτυφλοποίηση. «Μόλις δούμε τα πραγματικά δεδομένα», λέει ο Tackmann, «δεν επιτρέπεται να αλλάξουμε πλέον την ανάλυση». Κάτι τέτοιο μπορεί να δημιουργήσει ακούσια προκατάληψη, βάζοντας στον πειρασμό τους φυσικούς να συντονίσουν τα εργαλεία ανάλυσής τους προς αυτό που ελπίζουν να δουν, στη χειρότερη περίπτωση δημιουργώντας πραγματικά αποτελέσματα που δεν υπάρχουν. Η ικανότητα του πρόωρου μεμονωμένου φυσικού να προτείνει μια νέα περικοπή δεδομένων ή φίλτρο περιορίζεται από αυτήν τη διαδικασία:Δεν θα έβλεπε καν πραγματικά δεδομένα μέχρι αργά το παιχνίδι και κάθε ανάλυση ελέγχεται ανεξάρτητα από πολλούς άλλους επιστήμονες.
Αυτή η συλλογική πειθαρχία είναι ένας τρόπος με τον οποίο η ATLAS τιθασεύει την πολυπλοκότητα των δεδομένων που παράγει, τα οποία σε ακατέργαστη μορφή είναι αρκετά ογκώδη για να γεμίσουν μια στοίβα DVD που φτάνει από τη γη στη Σελήνη και πάλι, 10 φορές κάθε χρόνο. Τα δεδομένα πρέπει να ανακατασκευαστούν σε κάτι που προσεγγίζει μια εικόνα μεμονωμένων συγκρούσεων στο χρόνο και στο χώρο, όπως ακριβώς η επεξεργασία που απαιτείται για την ακατέργαστη έξοδο από μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή.
Αλλά η αναγνώριση των σωματιδίων από συγκρούσεις έχει γίνει εκπληκτικά πιο περίπλοκη από την εποχή της «σάρωσης κοριτσιών» και των αρνητικών θαλάμου φυσαλίδων, όπου οι πραγματικοί άνθρωποι κάθονταν πάνω από μεγεθυντικές εικόνες συγκρούσεων και αναγνώρισαν τις γραμμές και τις σπείρες ως διαφορετικά σωματίδια. Οι πειραματιστές σήμερα πρέπει να έχουν εξειδικευμένη γνώση της εσωτερικής λειτουργίας των διαφορετικών υποσυστημάτων ανιχνευτών:ανιχνευτής pixel, ανιχνευτής λωρίδων πυριτίου, ανιχνευτής ακτινοβολίας μετάβασης, σύστημα μιονίων και θερμιδόμετρα, τόσο αδρονικά όσο και ηλεκτρομαγνητικά. Οι προσαρμογές που γίνονται στα ηλεκτρονικά κάθε υποσυστήματος, όπως οι ρυθμίσεις απολαβής ή κατωφλίου, ενδέχεται να προκαλέσουν την απουσία ή τη συμπερίληψη όσων μοιάζουν με πραγματικά δεδομένα αλλά δεν είναι. Η κατανόηση του τι μπορεί να προκαλέσει ψευδή ή απούσα σήματα και πώς μπορούν να ληφθούν υπόψη, είναι το πιο δύσκολο και δημιουργικό μέρος της διαδικασίας. «Μερικοί άνθρωποι είναι πραγματικά έξυπνοι και πολύ καλοί σε αυτό», λέει ο Tackmann.
Η διαδικασία επίσης δεν είναι στατική. Καθώς περνά ο καιρός, ο ανιχνευτής αλλάζει από την ηλικία και τη ζημιά από την ακτινοβολία. Στο τέλος, η διαδικασία τελειοποίησης του λογισμικού του ανιχνευτή δεν τελειώνει ποτέ και οι ανθρώπινες απαιτήσεις είναι τεράστιες:περίπου 100 φυσικοί συμμετείχαν στην ανάλυση μιας ενιαίας και σχετικά απλής υπογραφής σωματιδίου, της διάσπασης του Higgs σε δύο σωματίδια Γάμμα. Η συνολική ανάλυση Higgs πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα περισσότερων από 600 φυσικών.
Το βάθος και το εύρος αυτής της προσπάθειας μεταμορφώνουν την πράξη της ανακάλυψης σε κάτι ανώνυμο και κατανεμημένο—και αυτή η ανωνυμία έχει θεσμοθετηθεί στην κουλτούρα ATLAS. Ο Marumi Kado, ένας νεαρός φυσικός με ανακατωμένα μαλλιά και μια ήρεμη ομιλία σαν ζεν που συνορεύει με έναν ψίθυρο, ήταν ένας από τους συγκλητές της ομάδας «συνδυασμένης ανάλυσης» που ήταν υπεύθυνη για να φτάσει τελικά το επίπεδο στατιστικής σημασίας που απαιτείται για την επιβεβαίωση του Higgs. ανακάλυψη. Αλλά, τυπικά για το ATLAS, υποβαθμίζει τη σημασία της στατιστικής ανάλυσης - του τελευταίου βήματος - υπό το φως της πολυπλοκότητας αυτού που προηγήθηκε. «Η τελική ανάλυση ήταν στην πραγματικότητα αρκετά απλή», λέει. «Το μεγαλύτερο μέρος της [επιτυχίας] έγκειται στο πώς κατασκευάσατε τον ανιχνευτή, πόσο καλά τον βαθμονομήσατε και πόσο καλά σχεδιάστηκε από την αρχή. Όλα αυτά κράτησαν 25 χρόνια.”
Το βαθιά συνεργατικό μοντέλο εργασίας εντός του ATLAS σήμαινε ότι δεν του αρκούσε η καινοτομία στη φυσική και τη μηχανική – έπρεπε επίσης να καινοτομήσει το στυλ διαχείρισης και την εταιρική κουλτούρα. Ο Donald Marchand, καθηγητής εκτέλεσης στρατηγικής και διαχείρισης πληροφοριών στο IMD Business School στη Λωζάνη, περιγράφει το ATLAS ότι ακολουθεί έναν συνεργατικό τρόπο εργασίας που έρχεται σε αντίθεση με την τυπική θεωρία διαχείρισης «καταρράκτη» ή από πάνω προς τα κάτω.
Ο Marchand διεξήγαγε μια μελέτη περίπτωσης για το ATLAS στα μέσα της δεκαετίας του 2000, διαπιστώνοντας ότι η διοίκηση του ATLAS ηγήθηκε με μικρή ή καθόλου επίσημη εξουσία. Οι περισσότεροι άνθρωποι στη συνεργασία εργάζονται απευθείας «για» κάποιον που δεν σχετίζεται με κανέναν τρόπο με το ινστιτούτο του σπιτιού τους, το οποίο στην πραγματικότητα γράφει το μισθό τους. Για παράδειγμα, κατά τη φάση κατασκευής, ο επικεφαλής του έργου του ανιχνευτή εικονοστοιχείων ATLAS, ενός από τα στοιχεία με την μεγαλύτερη ένταση δεδομένων, εργάστηκε για ένα εργαστήριο των ΗΠΑ στην Καλιφόρνια. Ο άμεσος υφιστάμενός του, ο μηχανικός του έργου, εργάστηκε σε ένα ινστιτούτο στην Ιταλία. Παρόλο που διαχειριζόταν έναν κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία παραγωγής, ο επικεφαλής του έργου δεν είχε καμία δύναμη να προωθήσει, να πειθαρχήσει ή ακόμη και να ελέγξει επίσημα την απόδοση του μηχανικού του έργου. Η μόνη του διέξοδος ήταν η συζήτηση, η διαπραγμάτευση και ο συμβιβασμός. Τα μέλη του ATLAS είναι πιο πιθανό να αισθάνονται ότι συνεργάζονται με κάποιον, παρά για αυτόν.
Ομοίως, η χρηματοδότηση προήλθε από ινστιτούτα σε διάφορες χώρες μέσω «μνημονίων κατανόησης» και όχι επίσημων συμβάσεων. Ο εκπρόσωπος της συνεργασίας και άλλα κορυφαία στελέχη έπρεπε να ακολουθήσουν μια πολιτική διαχείρισης, φροντίζοντας τη συνεργασία αντί να την κατευθύνουν. Εάν τα μέλη της συνεργασίας αποξενώνονταν, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει απώλεια του οικονομικού και ανθρώπινου κεφαλαίου που επένδυαν. Οι διευθυντές σε όλα τα επίπεδα έπρεπε να βρουν μη παραδοσιακούς τρόπους για να παρέχουν ανατροφοδότηση, κίνητρα και πειθαρχία στους υφισταμένους τους.
Η συνομιλία για καφέ ήταν ένας τρόπος για να γίνει αυτό και έγινε ο κυρίαρχος τρόπος για τη διεξαγωγή των μικρών καθημερινών διαπραγματεύσεων που κράτησαν τη συνεργασία σε λειτουργία. Σήμερα υπάρχουν καφέ σε όλο το CERN, και είναι γεμάτα από το πρωί μέχρι το βράδυ με κόσμο που έχει άτυπες συναντήσεις. Πολλοί φυσικοί μπορούν να δεις να κατασκηνώνουν στην καφετέρια για ώρες τη φορά, να δουλεύουν στους φορητούς υπολογιστές τους μεταξύ των ραντεβού. Η διοίκηση του ATLAS δημιούργησε επίσης «ένα ασφαλές λιμάνι, μια κουλτούρα μέσα στον οργανισμό που επιτρέπει στους [εργαζόμενους] να εκφράζονται και να επιλύουν συγκρούσεις και διαφωνίες χωρίς επιθετικότητα», λέει ο Marchand.
Το αποτέλεσμα είναι μια δομή διαχείρισης που είναι εξαιρετικά αποτελεσματική και ευέλικτη. Οι διευθυντές του ATLAS βαθμολογούνται σταθερά στο κορυφαίο 5 τοις εκατό μιας κλίμακας αναφοράς που μετρά τον τρόπο με τον οποίο ελέγχουν, διαδίδουν και κεφαλαιοποιούν το κεφάλαιο πληροφοριών στον οργανισμό τους. Ο Marchand ανακάλυψε επίσης ότι η δομή διαχείρισης ATLAS ήταν αποτελεσματική στην προσαρμογή στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, μεταβαίνοντας προσωρινά σε ένα πιο από πάνω προς τα κάτω παράδειγμα κατά τη φάση παραγωγής πυρήνα του πειράματος, όταν χιλιάδες πανομοιότυπα αντικείμενα έπρεπε να παραχθούν σε γραμμές συναρμολόγησης σε όλο τον κόσμο. .
Αυτή η συλλογική κουλτούρα δεν προέκυψε τυχαία. ήταν ενσωματωμένο στο ATLAS από την αρχή, σύμφωνα με τον Marchand. Οι αρχικοί ιδρυτές εμφύσησαν μια ηθική συνεργασίας σε κάθε άτομο που προσχώρησε αποφεύγοντας την προσωπική πίστη, μιλώντας για συγκρούσεις πρόσωπο με πρόσωπο και συζητώντας σχεδόν τα πάντα σε ανοιχτές συναντήσεις. Αλλά αυτή η ηθική δεν κωδικοποιείται πουθενά. δεν υπάρχει γραπτός κώδικας δεοντολογίας. Κι όμως το ασπάζονται, σχεδόν θρησκευτικά, όλοι με τους οποίους μίλησα.
Τα μέλη της συνεργασίας είναι δύσπιστα ως προς την απόδοση ατομικής πίστης σε οτιδήποτε. Κάθε άρθρο περιλαμβάνει ολόκληρη τη λίστα των συγγραφέων και όλο το υλικό προβολής του ATLAS φέρει την υπογραφή «The ATLAS Collaboration». Οι άνθρωποι είναι καχύποπτοι με εκείνους που θεωρούνται ότι λαμβάνουν υπερβολικά προσωπικά εύσημα στα μέσα ενημέρωσης. Ένα διάσημο μέλος της συνεργασίας (καθώς και πρώην ροκ σταρ και παρουσιαστής της πολύ επιτυχημένης σειράς του BBC, Horizon ) αντιμετωπίζεται αμφίβολα από πολλούς, που τον βλέπουν να τραβάει υπερβολικά την προσοχή στον εαυτό του μέσω της συσχέτισής του με το πείραμα.
Στην αναζήτηση της ιδιοφυΐας στο ATLAS και σε άλλα πειράματα στο CERN, φαίνεται σχεδόν αδύνατο να επισημάνουμε οτιδήποτε άλλο εκτός από τις ίδιες τις συνεργασίες. Περισσότερο από κάθε άτομο, συμπεριλαμβανομένων των θεωρητικών που προτείνουν τη νέα φυσική και των ιδρυτών πειραματικών προγραμμάτων, οι συνεργασίες αντικατοπτρίζουν τα χαρακτηριστικά της ιδιοφυΐας:φαντασία, επιμονή, ανοιχτόμυαλο και επίτευγμα.
Τα αποτελέσματα μιλούν από μόνα τους:η ATLAS έχει ήδη επιτύχει τον πρώτο βασικό στόχο της μόλις στο ένα δέκατο της προβλεπόμενης διάρκειας ζωής της και συνεχίζει να εξελίσσεται με άκρως συνεργατικό τρόπο. Αυτόν τον Μάιο, εγκαταστάθηκε μια από τις πρώτες αναβαθμίσεις στον ανιχνευτή. Ονομάζεται Insertable B-Layer (IBL), προέκυψε από μια ομάδα εργασίας που σχηματίστηκε κοντά στο τέλος της αρχικής περιόδου έναρξης λειτουργίας του ATLAS, το 2008, με ρητό στόχο να τεκμηριώσει γιατί να εισαχθεί ένα άλλο στρώμα ανιχνευτή σε ένα χώρο 9 χιλιοστών. δίπλα στον δοκό σωλήνα θεωρήθηκε αδύνατη.
Άψογοι καιροσκόποι, τα μέλη της ομάδας εργασίας κατέληξαν σε ένα σχέδιο που γρήγορα μετατράπηκε σε ένα νέο υποέργο. Και παρόλο που είναι μόλις μεγαλύτερο από ένα κουτί παπουτσιών, η κατασκευή του IBL περιλάμβανε περισσότερα από 60 ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο, επειδή όλοι ήθελαν να συμμετάσχουν σε αυτό το συναρπαστικό νέο πράγμα. Όταν ήρθε η ώρα να σύρετε τον υπο-ανιχνευτή Insertable B-layer στο σπίτι του στην καρδιά του ATLAS νωρίτερα φέτος, με μόνο ένα κλάσμα του χιλιοστού απόστασης άνω των 7 μέτρων σε μήκος, η εργασία ολοκληρώθηκε σε μόλις δύο ώρες— χωρίς κανένα πρόβλημα.
Νέες ευκαιρίες για νέα ιδιοφυΐα υπάρχουν πολλές. Ο Gianotti ξεχωρίζει τη σκοτεινή ύλη ως παράδειγμα:«Το 96 τοις εκατό του σύμπαντος είναι σκοτεινό. Δεν ξέρουμε από τι είναι φτιαγμένο και δεν αλληλεπιδρά με τα όργανά μας. Δεν έχουμε ιδέα», λέει. «Έτσι υπάρχει πολύς χώρος για ιδιοφυΐα». Αλλά αντί να προέρχεται από τον άγριομάλλη επιστήμονα που κρατά ένα κομμάτι κιμωλίας ή κουρελιάζει στο εργαστήριο, αυτή η ιδιοφυΐα μπορεί να προέρχεται από χιλιάδες ανθρώπους που εργάζονται μαζί.
Ο Neal Hartman είναι μηχανολόγος μηχανικός στο Lawrence Berkeley Laboratory που εργάζεται με τη συνεργασία ATLAS στο CERN για σχεδόν 15 χρόνια. Ξοδεύει μεγάλο μέρος του χρόνου του στην προβολή και την εκπαίδευση τόσο στη φυσική όσο και στη γενική επιστήμη, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας του CineGlobe, ενός φεστιβάλ κινηματογράφου εμπνευσμένο από την επιστήμη στο CERN.
Αναφορές
1. Aad, G. et al. Πολλαπλασιότητες φορτισμένων σωματιδίων σε αλληλεπιδράσεις pp σε sqrt(s) =900 GeV που μετρήθηκαν με τον ανιχνευτή ATLAS στο LHC. Γράμματα Φυσικής Β 688 , 21-42 (2010).
2. Μελέτη περίπτωσης IMD από Marchand, D.A. &Margery, P. The ATLAS and LHC Collaborations at CERN:Exploring the Big Bang, IMD-3-2015 (2009).
3. Marchand, D., Kettinger, W., &Rollins, J. Προσανατολισμός πληροφοριών:Η σύνδεση με την επιχειρηματική απόδοση Oxford University Press (2001).
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο τεύχος μας "Genius" τον Οκτώβριο του 2014.
