A jövő eldőlt

A határozatot a CERN Tanácsa június 19-én, a terveket pedig még márciusban egy független testület hagyta jóvá. Európa legfontosabb részecskefizikai szervezetének úgy tűnik globális segítségre lesz szüksége a projekt finanszírozásához, mely várhatóan legalább 21 milliárd euróba kerül majd, és a híres Nagy Hadronütköztető Laboratórium evolúciójának következő lépése lesz. 

Az új gyorsító a 21. század közepére kezdheti el az elektronok és antianyag párjaik, a pozitronok ütköztetését.

A berendezés, melyet a CERN genfi ​​telephelyének közelében található földalatti alagútba terveznek elhelyezni, lehetővé teszi majd a fizikusok számára, hogy tanulmányozzák a Higgs-bozon tulajdonságait, és később egy még erőteljesebb proton-ütköztető is ide kerülhet majd, mely már az évszázad második felében zajló kísérleteknek lesz izgalmas helyszíne.

A jóváhagyás persze még nem az utolsó lépés, de azt jelenti, hogy a CERN jelentős energiát fordíthat az ütköző megtervezésébe és a megvalósíthatósági kutatásba, miközben az LHC-t időben követő olyan szerkezetek kialakításának kutatás-fejlesztési erőfeszítéseit is előre léptetheti, mint például egy lineáris elektron-pozitron ütköztető, vagy egy olyan gyorsító, ami müonokkal dolgozik. 

„Úgy gondolom, hogy ez egy történelmi nap a CERN és a részecskefizika számára Európában és azon túl is” - mondta a szavazás után Fabiola Gianotti, a CERN főigazgatója a Tanácsnak. Ez egyértelműen több jövőbeni fő irányt, új utakat teremtő csomópont a laboratórium számára - tette hozzá Chris Llewellyn-Smith, a CERN volt főigazgatója, az Egyesült Királyságban található Oxfordi Egyetem fizikusa. A mai napig  számos egyéb lehetőség is nyitva állt a következő generációs ütköztető tekintetében, de a CERN Tanácsa most egyértelmű, egyhangú nyilatkozatot tett. „Ez nagy lépés, az európai országok kimondták: Igen, ezt szeretnénk tenni”- értékelt Llewellyn-Smith.

Két szakasz

A döntés egy két napja jóváhagyott dokumentumban található, melynek címe a Részecskefizikai Fejlesztés Európai Stratégiája. Az anyag két szakaszra bontja a fejlődés irányait:

1. Először, a CERN egy elektron-pozitron ütköztetőt építhet, melynek ütközési energiái úgy vannak beállítva, hogy maximalizálják a Higgsi bozonok termelődését és így a tudósok megismerjék azok tulajdonságait.
2. A század során később az első gépet szétszerelik majd, és egy proton-proton ütköztetőt építenek a helyén. Ez már elérné a 100 teraelektronvolt (TeV) ütközési energiát, (hasonlítsuk össze az LHC 16 TeV-jával, amely ma is ütköztet protonokat és jelenleg a világ legerősebb gyorsítója). A célja az lenne, hogy új részecskéket vagy természeti erőket keressen, és kibővítse vagy cserélje a részecskefizika jelenlegi standard modelljét.

A technológia nagy részét, melyet az utolsónak megépíteni tervezett gép igényel, még nem is fejlesztették ki, és az elkövetkező évtizedekben ez is intenzív tanulmányok tárgyát képezi majd. "Ez egy nagyon ambiciózus stratégia, amely körültekintően, lépésről lépésre vázolja fel Európa és a CERN fényes jövőjét" - mondta Gianotti.

"Úgy gondolom, hogy ez a követendő, helyes irány" - kommentálta Yifang Wang, a Kínai Tudományos Akadémia Nagy energiájú fizika intézetének (IHEP) vezetője. A CERN által javasolt új gép fogalmilag hasonló ahhoz, melyet Wang javasolt egy kínai ütköztetőhöz, a Higgs-bozon 2012-es LHC-általi felfedezését követő felfokozott hangulatban. 

Wangnak, a CERN hivatalossá vált stratégiájához hasonló javaslata is épített egy második fázisban megvalósítható proton ütköztetőre, az LHC modelljét követve (a 27 kilométer hosszúságú LHC gyűrű azt az alagutat foglalja el, amely a 1990-es években a CERN nagy elektron-pozitron ütköztetőjének otthona volt). 

A CERN mostani döntése „megerősítés, hogy a döntésünk helyes volt” - mondta Wang. Miközben teljes mellszélességgel támogatja a CERN körkörös ütközőjét, a stratégia arra is felszólítja a szervezetet, hogy vizsgálja meg a részvétel lehetőségét egy különálló nemzetközi lineáris ütköztetőben, egy régebbi ötletnek megfelelően, melyet japán fizikusok tartottak életben.

Hitoshi Yamamoto, a japán Sendai Tohoku Egyetem fizikusa szerint a jóváhagyás biztató. "Úgy gondolom, hogy megszilárdultak az ILC kilátásai, hogy Japánban és globális szinten is a következő fázisba léphessen."

Finanszírozás

A CERN stratégiája 2038-at tervezi az új, 100 kilométer hosszú alagút és az elektron-pozitron ütköző építésének kezdetét. Addig a laboratórium tovább működteti a jelenlegi High Luminosity LHC nevű ütközőjének továbbfejlesztett változatát.

De mielőtt a CERN megkezdhetné az új gép felépítését, finanszírozást kell találnia a tagállami forrásokból származó rendes költségvetésen túl. Llewellyn-Smith szerint az Európán kívüli országoknak, beleértve az Egyesült Államokat, Kínát és Japánt, csatlakozniuk kellene a CERN-hez, egy új, globális szervezet létrehozásához. „Szinte biztosan új struktúrára lesz szükség” - mondta. 

A költséges tervnek van hátrányai is - még a fizikusok közösségében is.

Sabine Hossenfelder, a Frankfurt Institute for Advanced Studies elméleti fizikusa, az egyre nagyobb energiák elérésének kritikusaként jelentkezett, szerinte a tudományos megtérülés - a már ismert részecskék tulajdonságainak mérése mellett - messze nem garantált.

"Még mindig azt gondolom, hogy ez nem jó ötlet" mondta Hossenfelder. „Több tízmilliárdról beszélünk. Azt hiszem, jelenleg nincs elegendő tudományos potenciál az ilyen típusú tanulmányok elvégzésében.”

Az új ütköztető feltérképezetlen területen dolgozik majd - mondta Tara Shears, az Egyesült Királyság Liverpool Egyetemének fizikusa. Míg az LHC-nek egyértelmű céljai voltak a Higgs-bozon megtalálása, és az elméleti fizikusok alaposan motivált okai arra nézvést, hogy új részecskék lehetnek a berendezés által feltárni képes tömegek között, addig a mostani helyzet más.

"Jelenleg nincs a múltbéli feltevésekkel egyenértékű, sziklaszilárd jóslatunk - és ez megnöveli a kockázatot, és a kihívásokat annak tekintetében, hogy hol és hogyan kell válaszokat keresnünk. Ugyanakkor tudjuk, hogy a válaszok keresésének egyetlen módja a kísérlet, és az egyetlen hely, ahol megtalálhatóak ott van, ahol eddig még nem voltunk képesek keresni őket.” 

Az ülés lezárásakor, amelyen a legtöbb tag távolról vett részt, a CERN Tanácsának elnöke, Ursula Bassler elmondta: „A nagy feladat most már előttünk van, ez a stratégiát valóra kell váltanunk.” A tudós ezután kibontott egy üveg pezsgőt is, mielőtt befejezte volna a telefonkonferenciát.

(Forrás: ScientificAmerican Képek: CERN)