شتابدهنده آینده سرن
پوريا ناظمي
هفته گذشته، سِرن، با انتشار گزارش طراحی مفهومی شتابدهنده نسل بعدی خود، خبر از آغاز بررسی جدی طرحی گرانقیمت و پیچیده داد؛ شتابدهندهای که در مقابل آن، LHC يا شتابدهنده هادرونی بزرگ، به آزمایشگاهی کوچک تبدیل خواهد شد. بر اساس این گزارش، این طرح که به نام شتابدهنده مدور آینده (Future Circular Collider) شناخته میشود، با هدف ادامه تحقیقات در فیزیک ذرات پیشنهاد شده است. پیشبینیها نشان از آن دارد که بخش عمدهای از کشفیات علمی ممکن به کمک LHC و بهروزرسانی در جریان آن به نام HL-LHC، تا سال ۲۰۳۵ صورت خواهد گرفت و برای برداشتن گام بعدی باید ابزار تازه و قدرتمندتری طراحی کرد.
HL-LHC بهروزرسانی شتابدهنده بزرگ هادرونی است که تا سال ۲۰۲۶ به اتمام میرسد و در فاز نهایی خود برخوردهایی با سطح انرژی ۱۴ ترا الکترون ولت را مهیا میکند.
شمایل FCC
بر اساس گزارش منتشرشده، این شتابدهنده از دایره اصلی به محیط ۱۵۰ کیلومتر برخوردار خواهد بود (محیط LHC، 27 کیلومتر است) و به طور بالقوه توان انجام آزمایشهایی در رده انرژی ۱۰۰ ترا الکترون ولت را دارد. این در حالی است که توان فعلی LHC در حدود ۱۴ ترا الکترون ولت است و با همین توانایی بود که توانست نهتنها بوزون هیگز را کشف کند که بخش بزرگی از پیشبینیهای مدل استاندارد را تأیید کند. این شتابدهنده كه در صورت تأیید طرح تا سال ۲۰۵۰ تکمیل خواهد شد، توانایی انجامدادن آزمایشهایی بر مبنای برخوردهای هادرونی (پروتون-پروتون و یونهای سنگین مانند LHC)، برخوردهای الکترون-پوزیترون (مانند LEP) و همینطور برخوردهای پروتون-الکترون را خواهد داشت. بیش از ۱۵۰ دانشگاه، مؤسسه تحقیقاتی و همکار ساخت و طراحی در این پروژه مشارکت خواهند کرد و برای توسعه این طرح تعداد فراوانی از فناوریهاي مختلف از فناوریهای مربوط به مهندسی و زیرساخت گرفته تا ساخت آشکارسازها و ابزارهای پردازش داده باید توسعه پیدا کنند.
در دفاع از FCC
در طرح این پروژه دانشمندان به این مسئله اشاره کردهاند که ما با سؤالهای تازهای در عرصه فیزیک ذرات مواجه هستیم و باید به سراغ ابزارهایی برویم که ما را برای این سؤالهای تازه آماده کند. توسعه مدل استاندارد یکی از مواردی است که این دانشمندان و طراحان به آن اشاره کردهاند. همچنین در طرح به امکان رد فرضیه وجود برخی از ذرات بنیادی و همزمان به مسئله مهم توسعه فناوریهای جنبی اشاره شده است.
چرا همه هیجانزده نیستند
بهطور طبیعی چنین خبری باید موجی از هیجان را در میان جامعه علمی ایجاد کند. اما برخی از فیزیکدانها شورمندی خود را مهار کرده و کمی با احتیاط نسبت به این ایده واکنش نشان دادهاند. سابین هاسنفلدر، فیزیکدان و وبلاگنویس علمی، توضیح مختصری از دلایل این عدم اشتیاق را در وبلاگ خود مورد اشاره قرار داده است. او معتقد است با توجه به برچسب قیمتی که روی این پروژه خورده است و عددی بین ۱۰ تا ۲۲ میلیارد دلار را نشان میدهد، ما هنوز اطمینان علمی لازم برای کارآمدی این ابزار را نداریم. برای مثال زمانی که ایده توسعه LHC مطرح بود، سؤال مهم این بود که این شتابگر خواهد توانست وجود یا نبود بوزون هیگز را مشخص کند. اگر معلوم میشد بوزون هیگز وجود ندارد، مدل استاندارد دچار ایرادی اساسی بود و باید جایگزین یا بازنگری جدی میشد. آشکارسازی بوزون هیگز میتوانست تأیید کند که مدل استاندارد کارآمد و کامل است (که این اتفاق افتاد). درباره این طرح تازه، ما چنین سؤال مشخصی را پیشِرو نداریم. برای مثال، اجماع علمی بر سر این موضوع وجود ندارد که با افزایش سطح انرژی بین ۱۴ تا ۱۰۰ ترا الکترون ولت، بتوان بخشی از اسرار شرایط ابتدایی کیهان و ذرات
تشکیلدهنده ماده تاریک را آشکار کرد. برخی از دانشمندان حدس میزنند که ممکن است برای آشکارسازی چنین ذراتی به انرژی نیاز داشته باشیم که بسیار فراتر از سطح ۱۰۰ ترا الکترون ولت و فراتر از سطح فعلی فناوری ماست و شاید لازم باشد چند قرنی تا رسیدن به این سطح فناوری صبر کنیم. درباره حذف امکان وجود برخی از ذرات بنیادی نیز این مسئله وجود دارد که در توسعه مدل استاندارد، ما با تعداد فراوانی نظریه و حدس مواجه هستیم و حذف چند ذره حدس زدهشده، ما را نمیتواند به نتیجه مستحکمی برساند. همچنین ما در این زمان با رشد سریع فناوریهایی مواجه هستیم که ممکن است بتواند جایگزین شتابدهندههای اینچنین برای برخی از آزمایشها شود. برای مثال، طرح شتابدهنده پلاسما که اکنون در حال توسعه است، در صورت موفقیت میتواند جایگزین آزمایشهای شتابدهنده فعلی شده تا بتواند آزمایشهایی حتی با انرژیهای بالاتر را با هزینهای کمتر انجام دهد. ضمن اینکه با توجه به محدودیت بودجه پژوهشی شاید برخی از پروژههای بزرگ مانند آرایه رادیوتلسکوپی برای بررسی ماهیت ماده تاریک نقش مؤثرتری در درک ما از ساختار ذرات بنیادی بازی کند.
موضوعی برای بررسی مدیریت علم
دانشمندان زیادی روی این پروژه کار خواهند کرد و جدول سود و هزینه آن را تکمیل میکنند. با وجود این و فارغ از اینکه کدام کفه استدلالها در نهایت پیروز شود، دنبالکردن این پروژه نهتنها برای جامعه فیزیک که برای کسانی که به مطالعه سیاستگذاری علم و مدیریت ابَرپروژههای علمی علاقه دارند، فوقالعاده جذاب و مهم است.
هفته گذشته، سِرن، با انتشار گزارش طراحی مفهومی شتابدهنده نسل بعدی خود، خبر از آغاز بررسی جدی طرحی گرانقیمت و پیچیده داد؛ شتابدهندهای که در مقابل آن، LHC يا شتابدهنده هادرونی بزرگ، به آزمایشگاهی کوچک تبدیل خواهد شد. بر اساس این گزارش، این طرح که به نام شتابدهنده مدور آینده (Future Circular Collider) شناخته میشود، با هدف ادامه تحقیقات در فیزیک ذرات پیشنهاد شده است. پیشبینیها نشان از آن دارد که بخش عمدهای از کشفیات علمی ممکن به کمک LHC و بهروزرسانی در جریان آن به نام HL-LHC، تا سال ۲۰۳۵ صورت خواهد گرفت و برای برداشتن گام بعدی باید ابزار تازه و قدرتمندتری طراحی کرد.
HL-LHC بهروزرسانی شتابدهنده بزرگ هادرونی است که تا سال ۲۰۲۶ به اتمام میرسد و در فاز نهایی خود برخوردهایی با سطح انرژی ۱۴ ترا الکترون ولت را مهیا میکند.
شمایل FCC
بر اساس گزارش منتشرشده، این شتابدهنده از دایره اصلی به محیط ۱۵۰ کیلومتر برخوردار خواهد بود (محیط LHC، 27 کیلومتر است) و به طور بالقوه توان انجام آزمایشهایی در رده انرژی ۱۰۰ ترا الکترون ولت را دارد. این در حالی است که توان فعلی LHC در حدود ۱۴ ترا الکترون ولت است و با همین توانایی بود که توانست نهتنها بوزون هیگز را کشف کند که بخش بزرگی از پیشبینیهای مدل استاندارد را تأیید کند. این شتابدهنده كه در صورت تأیید طرح تا سال ۲۰۵۰ تکمیل خواهد شد، توانایی انجامدادن آزمایشهایی بر مبنای برخوردهای هادرونی (پروتون-پروتون و یونهای سنگین مانند LHC)، برخوردهای الکترون-پوزیترون (مانند LEP) و همینطور برخوردهای پروتون-الکترون را خواهد داشت. بیش از ۱۵۰ دانشگاه، مؤسسه تحقیقاتی و همکار ساخت و طراحی در این پروژه مشارکت خواهند کرد و برای توسعه این طرح تعداد فراوانی از فناوریهاي مختلف از فناوریهای مربوط به مهندسی و زیرساخت گرفته تا ساخت آشکارسازها و ابزارهای پردازش داده باید توسعه پیدا کنند.
در دفاع از FCC
در طرح این پروژه دانشمندان به این مسئله اشاره کردهاند که ما با سؤالهای تازهای در عرصه فیزیک ذرات مواجه هستیم و باید به سراغ ابزارهایی برویم که ما را برای این سؤالهای تازه آماده کند. توسعه مدل استاندارد یکی از مواردی است که این دانشمندان و طراحان به آن اشاره کردهاند. همچنین در طرح به امکان رد فرضیه وجود برخی از ذرات بنیادی و همزمان به مسئله مهم توسعه فناوریهای جنبی اشاره شده است.
چرا همه هیجانزده نیستند
بهطور طبیعی چنین خبری باید موجی از هیجان را در میان جامعه علمی ایجاد کند. اما برخی از فیزیکدانها شورمندی خود را مهار کرده و کمی با احتیاط نسبت به این ایده واکنش نشان دادهاند. سابین هاسنفلدر، فیزیکدان و وبلاگنویس علمی، توضیح مختصری از دلایل این عدم اشتیاق را در وبلاگ خود مورد اشاره قرار داده است. او معتقد است با توجه به برچسب قیمتی که روی این پروژه خورده است و عددی بین ۱۰ تا ۲۲ میلیارد دلار را نشان میدهد، ما هنوز اطمینان علمی لازم برای کارآمدی این ابزار را نداریم. برای مثال زمانی که ایده توسعه LHC مطرح بود، سؤال مهم این بود که این شتابگر خواهد توانست وجود یا نبود بوزون هیگز را مشخص کند. اگر معلوم میشد بوزون هیگز وجود ندارد، مدل استاندارد دچار ایرادی اساسی بود و باید جایگزین یا بازنگری جدی میشد. آشکارسازی بوزون هیگز میتوانست تأیید کند که مدل استاندارد کارآمد و کامل است (که این اتفاق افتاد). درباره این طرح تازه، ما چنین سؤال مشخصی را پیشِرو نداریم. برای مثال، اجماع علمی بر سر این موضوع وجود ندارد که با افزایش سطح انرژی بین ۱۴ تا ۱۰۰ ترا الکترون ولت، بتوان بخشی از اسرار شرایط ابتدایی کیهان و ذرات
تشکیلدهنده ماده تاریک را آشکار کرد. برخی از دانشمندان حدس میزنند که ممکن است برای آشکارسازی چنین ذراتی به انرژی نیاز داشته باشیم که بسیار فراتر از سطح ۱۰۰ ترا الکترون ولت و فراتر از سطح فعلی فناوری ماست و شاید لازم باشد چند قرنی تا رسیدن به این سطح فناوری صبر کنیم. درباره حذف امکان وجود برخی از ذرات بنیادی نیز این مسئله وجود دارد که در توسعه مدل استاندارد، ما با تعداد فراوانی نظریه و حدس مواجه هستیم و حذف چند ذره حدس زدهشده، ما را نمیتواند به نتیجه مستحکمی برساند. همچنین ما در این زمان با رشد سریع فناوریهایی مواجه هستیم که ممکن است بتواند جایگزین شتابدهندههای اینچنین برای برخی از آزمایشها شود. برای مثال، طرح شتابدهنده پلاسما که اکنون در حال توسعه است، در صورت موفقیت میتواند جایگزین آزمایشهای شتابدهنده فعلی شده تا بتواند آزمایشهایی حتی با انرژیهای بالاتر را با هزینهای کمتر انجام دهد. ضمن اینکه با توجه به محدودیت بودجه پژوهشی شاید برخی از پروژههای بزرگ مانند آرایه رادیوتلسکوپی برای بررسی ماهیت ماده تاریک نقش مؤثرتری در درک ما از ساختار ذرات بنیادی بازی کند.
موضوعی برای بررسی مدیریت علم
دانشمندان زیادی روی این پروژه کار خواهند کرد و جدول سود و هزینه آن را تکمیل میکنند. با وجود این و فارغ از اینکه کدام کفه استدلالها در نهایت پیروز شود، دنبالکردن این پروژه نهتنها برای جامعه فیزیک که برای کسانی که به مطالعه سیاستگذاری علم و مدیریت ابَرپروژههای علمی علاقه دارند، فوقالعاده جذاب و مهم است.