هفته گذشته سِرن، با انتشار  گزارش طراحی مفهومی شتاب دهنده نسل بعدی خود، خبر از آغاز بررسی جدی طرحی گران‌قیمت و پیچیده داد. شتاب دهنده‌ای که در مقابل آن، LHC یا شتاب دهنده هادرونی بزرگ، به آزمایشگاهی کوچک بدل خواهد شد.

بر اساس این گزارش این طرح که به نام شتاب دهنده مدور آینده (Future Circular Collider) شناخته می‌شود، با هدف ادامه تحقیقات در فیزیک ذرات پیشنهاد شده است. پیش بینی‌ها نشان از آن دارد که بخش عمده‌ای از کشفیات علمی ممکن به کمک LHC و به روز رسانی 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 به روز رسانی شتاب دهنده 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 منتشر شده این شتاب دهنده 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 نه تنها بوزون هیگز را کشف کند که بخش بزرگی از پیش‌بینی‌های مدل استاندارد  را تایید کند.

این شتاب دهنده در صورت تایید طرح تا سال ۲۰۵۰ تکمیل خواهد شد توانایی انجام دادن آزمایش‌هایی بر مبنای برخوردهای هادرونی (پروتون-پروتون و یون های سنگین مانند LHC)، برخوردهای الکترون – پوزیترون (مانند LEP) و همین طور برخوردهای پروتون – الکترون را خواهد داشت.

بیش از ۱۵۰ دانشگاه، موسسه تحقیقاتی و همکار ساخت و طراحی در این پروژه مشارکت خواهند کرد و برای توسعه این طرح تعداد فراوانی از فناوری‌ها مختلف از فناوری‌های مربوط به مهندسی و زیرساخت گرفته تا ساخت آشکار سازها و ابزارهای پردازش داده باید توسعه پیدا کنند.

در دفاع از FCC

در طرح این پروژه دانشمندان به این مساله اشاره کرده‌اند که ما با سوال‌های تازه‌ای در عرصه فیزیک ذرات مواجه هستیم و باید به سراغ ابزارهایی برویم که ما را برای این سوال‌های 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 اشاره شده است و همزمان به مساله مهم توسعه فناوری‌های جنبی اشاره شده است.

چرا همه هیجان زده نیستند؟

به طور طبیعی چنین خبری باید موجی از هیجان را در میان جامعه علمی بازی 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 وبلاگ نویس 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، سوال مهم این بود که این شتابگر خواهد توانست وجود یا عدم وجود 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. آشکار سازی بوزون هیگز می توانست تایید کند که مدل استاندارد کارآمد و کامل است (که این اتفاق افتاد). در مورد این طرح تازه ما چنین سوال مشخصی را پیش رو 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 تشکیل دهنده ماده تاریک را آشکار کرد. برخی از دانشمندان حدس می‌زنند که ممکن است برای آشکار سازی چنین ذراتی به انرژی نیاز داشته باشیم که بسیار فراتر از سطح ۱۰۰ ترا الکترون ولت و فراتر از سطح فعلی فناوری ما است و شاید لازم باشد چند قرنی تا رسیدن به این سطح فناوری صبر کنیم.

درباره حذف امکان وجود برخی از ذرات بنیادی نیز این مساله وجود دارد که در توسعه مدل استاندارد، ما با تعداد فراوانی نظریه و حدس مواجه هستیم و حذف چند ذره حدس زده شده ما را نمی‌تواند به نتیجه مستحکمی برساند.

همچنین ما در این زمان با رشد سریع فناوری‌هایی مواجه هستیم که ممکن است بتواند جایگزین شتاب دهنده های این چنین برای برخی از آزمایش‌ها شود. برای مثال طرح شتاب دهنده پلاسما که اکنون در حال توسعه است در صورت موفقیت می‌تواند جایگزین آزمایش‌های شتاب دهنده فعلی شده و بتواند آزمایش هایی حتی با انرژی‌های بالاتر را با هزینه‌ای کمتر به انجام برساند.

ضمن اینکه با توجه به محدودیت بودجه پژوهشی شاید برخی از پروژه‌های بزرگ مانند آرایه رادیو تلسکوپی برای بررسی ماهیت ماده تاریک نقش موثرتری در درک ما زا ساختار ذرات بنیادی بازی کند.

موضوعی برای بررسی مدیریت علم

دانشمندان زیادی روی این پروژه کار خواهند کرد و جدول سود، هزینه آن را تکمیل می‌کنند. با این وجود و فارغ از اینکه کدام کفه استدلال‌ها در نهایت پیروز شود، دنبال کردن این پروژه نه تنها برای جامعه فیزیک که برای کسانی که به مطالعه سیاست‌گذاری علم و مدیریت ابَرپروژه‌های علمی علاقه دارند فوق العاده جذاب و مهم است.