شتاب‌دهنده صد کیلومتری: هدر دادن پول یا دروازه‌ای به سوی آینده

با موافقت شورای عالی سرن برای آغاز مراحل پژوهشی و اجرایی طرح چشم‌انداز شتاب دهنده ذرات، مناظره‌‌ای درباره ضرورت این پروژه درون جامعه علمی اوج گرفته است.

هفته گذشته شورای عالی «سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای» یا سرن قدم بزرگی را در مسیر ساخت نسل بعدی شتاب‌دهنده ذرات خود برداشت.

به گزارش نیچر، این شورا پس از مطالعه طرح‌های مفهومی پشتیبانی کامل خود را از آغاز مراحل طراحی و ساخت نسل بعدی شتاب دهنده ذرات اعلام کرد.
درباره گزارش مفهومی و طرح شتاب دهنده آینده می‌توانید  اینجا را مطالعه کنید.

این شتاب‌دهنده حلقوی، محیطی معادل یک صد کیلومتر خواهد داشت و انتظار می‌رود برچسب قیمتی معادل ۲۱ میلیارد یورو (تنها براس ساخت)  بر خود داشته باشد.

بر اساس سند مصوب هفته گذشته،  این پروژه که با این تایید مقدماتی مراحل جدی‌تر تحقیقی و توسعه خود را آغاز خواهد کرد قرار است در دو مرحله توسعه یابد.

به سوی شتاب‌دهنده صد کیلومتری

در مرحله اول سرن به ساخت یک برخورد دهنده الکترون- پوزیترون خواهد ساخت که با حداکثر توان انرژی ممکن فعلی به تولید بوزون هیگز بپردازد (کارخانه هیگز) که دانشمندان بتوانند با دقت بیشتری به بررسی خواص هیگز بپردازند.

در مرحله دوم و در نیمه دوم قرن حاضر، این ابزار از هم باز خواهد شد و به جای آن شتاب دهنده و برخورد دهنده پروتون پروتونی ساخته می ‌شود که می‌تواند رویدادهای برخوردی را با انرژی معادل ۱۰۰ ترا الکترون ولت (TeV) ایجاد کند.

در مقام مقایسه شتاب دهنده معروف فعلی سرن که به نام شتاب دهنده بزرگ هادرونی LHC شناخته می شود و با محیطی معادل ۲۷ کیلومتر در مرز فرانسه و سویس ساخته شده است، توان ایجاد برخوردهایی را دارد که در سطح انرژی ۱۶ ترا الکترون ولت قرار دارند.  با استفاده از همین ابزار بود که محققان موفق شدند برای نخستین بار آخرین ذره اصلی گم شده در مدل استاندارد فیزیک یعنی بوزون هیگز را کشف کنند. (شرح این کشف را در اینجا مطالعه نمایید.)

مقایسه محیط شتاب دهنده LHC با شتاب دهنده صد کیلومتری آینده

بخش بزرگی از فناوری‌هایی‌ که برای ساخت این ماشین نهایی و عظیم لازم است هنوز توسعه نیافته‌اند و نیازمند تحقیقاتی وسیع در طی چند دهه آینده برای امکان پذیر شدن ساختشان هستند.

با وجودی که شورای عالی این نهاد این طرح را در صورت کلی خود تایید کرده است اما همزمان به این سازمان توصیه کرده که به بررسی امکان مشارک در پروژه شتاب دهنده خطی بین‌المللی که ژاپنی‌ها آن را دنبال می‌کنند  و همین‌طور سایر فناوری‌های نوین برای بهینه سازی فرآیند آزمایش‌های فیزیک ذرات نیز بپردازد.

بر اساس طرح فعلی سرن در سال ۲۰۳۸ فرآیند ساخت تونل ۱۰۰ کیلومتری خود برای جای دادن به شتاب دهنده بزرگ آینده را هزمان با ساخت شتاب دهنده الکترون – پوزیترون خود آغاز خواهد کرد. تا آن زمان این سازمان از نسخه های به روز شده شتاب دهنده فعلی خود که به نام   High Luminosity LHC معروف است ادامه خواهد داد. این نسخه به روز شده از شتاب ر بزرگ هادرونی در حال حاضر در دست ساخت است.

اما قبل از اینکه سرن بتواند کلنگ احداث این آزمایشگاه را به زمین بزند، باید منابع مالی تازه ای برای این پروژه خود جذب کند. مدیران سازمان گمان می کنند تنها راه پیشرفت اضافه شدن کشورهای بیرون اروپا از جمله چین، ژاپنو و ایالات متحده در این پروژه خواهد بود. این اضافه شدن اعضا جدید در صورت رخ دادن به طور قطع باعث تغییر در ساخت مدیریتی و شکل سازمانی سرن خواهد شد.

بودجه کلانی که برای این پروژه پیش بینی شده، اما تنها بودجه ساخت است. به طور معمول پروژه هایی مانند شتاب دهنده ذرات پروژه‌ای چندین برابری برای فعال نگاه داشتن و ساختار حمایتی خود لازم دارند که مجموع هزینه این پروژه را تا چندین برابر ممکن است افزایش دهد و آن را به گران‌ترین پروژه علمی روی سطح زمین بدل کند. تخمین زده می شود برای فعالیت های عملیاتی چنین طرحی چیزی در حدود سالی یک میلیارد دلار بودجه لازم است که با توجه به بازه بیست ساله فعالیت این طرح بودجه اجرایی و مدیریتی آن به عددی معادل بودجه پیش بینی شده ساخت (۲۰ میلیارد دلار) بالغ خواهد شد.

همه راضی نیستند

اگرچه این خبر با واکنش مشتاقانه بخش بزرگی از جامعه علمی روبرو شده است. منتقدانی هم از میان سایر رشته های علمی برانگیخته و هم برخی از فیزیکدانان ذرات نسبت به آن انتقاد کرده‌اند.

همانطور که هنگام انتشار خبر معرفی طرح مفهومی این شتاب دهنده اشاره کردم  یکی از این منتقدان سابین هاسنفلدر، فیزیکدان ذرات و نویسنده علم است که از جمله فعالیت‌های ترویجی‌اش مجموعه ویدیوکست‌های معروفی برای توضیح مسایل علمی به مخاطبان عام است.

سابین هاسنفلدر، فیزیکدان ذرات و نویسنده علم

او پس از اعلام این خبر در ستون دیدگاهی که در ساینتیفیک آمریکن منتشر شد به مرور نقدهای خود در باره این پروژه پرداخت.

او در این نقد بر این موضوع تاکید دارد که «اکنون زمان مناسبی برای ساخت شتاب دهنده ذرات بزرگتر نیست»

او بر این موضوع اشاره دارد که این طرح با وعده نگاهی ژرف‌تر به درون ساختار ذرات و شاید کشف ذراتی تازه قرار است ساخته شود.

 او همچنین اشاره می کند که گام اول این طرح که اصطلاحا ساخت کارخانه هیگز است با هدف بررسی دقیق تر ویژگی های این ذره و ذرات دیگر ساخته می شود. بوزون هیگز آخرین قطعه باقی مانده از مدل استاندارد فیزیک ذرات بود و با کشف آن این پازل تکمیل شده است. البته که در مورد جزییات و ویژگی های هر یک از این ذرات راهی طولانی برای بررسی و تحقیق بیشتر پیش روی دانشمندان باز است.

استدلال منتقدان بر این تاکید دارد که در حالی که ما توسعه فناوری برای ارزان تر کردن و بهینه تر کردن ساخت شتاب دهنده ها را به تاخیر انداخته ایم و در تلاش برای ساخت ماشین غول آسای بعدی هستیم اما نسبت فایده به هزینه در این مورد منفی است.  منتقدان می گویند با کشف بوزون هیگز و تکمیل قطعات پازل در سطح انرژی های پیش بینی شده چیز زیادی برای کشف باقی نمانده است. برای مثال امکان بررسی دقیق تر ویژگی ذرات وجود دارد اما امکان کشف ذره ای تازه در این سطح انرژی تقریبا وجود ندارد.

هنوز در مدل استاندارد سوال های مهمی وجود دارد که باید به آن ها پاسخ داده شود اما عمده این سوال ها تنها زمانی می‌توانند به صورت تجربی مورد آزمون قرار بگیرند که برخوردهایی با سطح انرژی ده میلیارد برابر انرژی که شتاب دهنده جدید می تواند ایجاد کند را تولید کنیم.

البته هنوز ممکن است این شتاب دهنده برخی از گام های مهم و مرز شکن در علم را بپیماید. برای مثال طراحان معتقدند که ممکن است این شتاب دهنده بتواند نشانه هایی از ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک را به دست آورند.

منتقدان در حالی که تایید می کنند این امکان وجود دارد اما آن را تنها امیدی دور دست می دانند. شرط این کشف این است که اجزای سازنده ماده یا انرژی  تاریک در رده انرژی باشند که این آشکارگر می تواند آشکار کند که البته از آن اطمینان نداریم ضمن اینکه برخای از ذرات دارای اندرکنش ضعیف با جرم کم که یکی از نامزدهای تشکیل دهنده این مواد مرموز عالم هستند به زحمت ممکن است از طریق ابزاری مانند شتاب دهنده ها آشکار شوند.

منتقدان استدلال می کنند به جای اینکه این بودجه صرف چنین پروژه ای شود بهتر است تمرکز خود را بر توسعه فناوری هایی مانند فناوری شتاب دهنده های پلاسمایی صرف کنیم که یکی از امید بخش ترین فناوری های مربوط به آینده شتاب دهنده ها هستند و می توانند با کاهش مسافت لازمک برای شتاب دهنده هزینه ساخت آن را به طور فوق العاده ای کاهش دهند.

یکی دیگر از انتقادها در این زمینه این است که در حالی که برای مثال پروژه شتاب دهنده بعدی با هزینه ای حداقل ۴۰ میلیارد یورو (ساخت و مدیریت) امکان بازگرداندن نتیجه چندانی را ندارد، اما بسیاری از پروژه های مهم و حیاتی علمی به دلیل در اختیار نداشتن بودجه اجرایی نشده و ما با اثرات عدم وجود آنها دست و پنجه نرم می کنیم.

یکی از این پروژه‌ها مرکز بین‌المللی پیش بینی اقلیم است که نیازمند بودجه ای یک میلیارد دلاری در بازه ای ده ساله است و اثراتش به طور مستقیم با زندگی ما سر و کار دارد.

اینرسی در سرمایه‌گذاری علم

اما با این نقدها چرا فیزیکدانان و مدیران این پروژه درباره تا این حد از آن حمایت می کنند؟ همانطور که برخی از منتقدان از جمله سابین هاسنفلدر اشاره می کند مساله اینرسی انگیزه در سرمایه گذرای است.

در طول قرن گذشته فیزیک ذرات تبدیل به یکی از حوزه های مهم، تاثیرگذار و دارای جامعه علمی به هم پیوسته و متحدی شده است. در همین حال، موفقیت های دهه گذشته و به خصوص کشف بوزون هیگز از سوی شتاب دهنده بزرگ هادرونی انگیزه و قدرت مذاکره بیشتری برای این حوزه برای تخصیص و تصویب بودجه به همراه آورده است.

اما این مساله می تواند اثری دو لبه داشته باشد اگر در طی چند دهه بعد این حوزه به سرمایه گذاری در پروژه های گران قیمت ادامه دهد و نتیجه ای که از آن در یافت می کند را نتواند توجیه کند، آنگاه این ابر پروژه ها تبدیل به نیروی برای کاهش توان فعلی اینرسی انگیزه می شود. این امکان وجود دارد زمانی که ما فناوری های تازه را به حدی رساندیم که واقعاً به بودجه ای جدی برای برداشتن گام بعدی نیاز داریم، سرمایه گذاران با یادآوری سرمایه گذاری قبلی حاضر به مشارکت نباشند.

پاسخ‌هایی بر نقدها

البته پاسخ هایی نیز به این انتقادها وجود دارد.

برای مثال در مورد اینکه با تنها یک بیستم یا یک چهلم بودجه این پروژه می توان ده سال هزینه پروژه ای مانند مرکز پیش بینی اقلیم را تامین کرد، می توان استدلال کرد که بودجه خالص و آماده ای وجود ندارد که به بخش علمی و تحقیقات اختصاص داده شده باشد و حالا سرن در تلاش است سهم بیشتری از آن را بردارد.

اگرچه در سازمان های پژوهشی و حتی درون ساختار کشورها چنین بودجه کلی وجود دارد که باید بین بخش های مختلف تقسیم شود اما در این مورد این مساله صادق نیست. به عبارت دیگر اگر این بودجه تامین شود و به سرن اختصاص داده شود به این معنی نیست که در صورت عدم تخصیص این بودجه به سرن همین بودجه به بخش دیگری تزریق می شد. سرن باید سرمایه گذار خود را پیدا کند حتی به قیمت تغییر ساختار خود. بنابراین نمی توان فرض کرد که این بودجه در هر صورت صرف علم خواهد شد و حالا اختلاف بین سرن یا بنیاد اقلیم شناسی یا تحقیقات ویروسی است.

همچنین درباره اینکه بهتر است این بودجه صرف فناوری های نسل بعد شود، ممکن است کسی پاسخ دهد، که به دلیل همان اینرسی موجود امکان کسب بودجه برای چنین پروژه ای مهیا است. بخشی از این بودجه در فرآیند چند دهه ای این برنامه، صرف توسعه فناوری های دیگر می شود. به عبارت دیگر ما نمی توانیم بودجه لازم برای توسعه نوع خاصی فناوری بهینه برای شتاب دهنده را به دست آوریم اما با توجه به اقبالی که به این پروژه وجود دارد می توانیم آن توسعه فناوری را در دل این ابر پروژه ببینیم و دنبال کنیم.

سال داغ مناظره درون دنیای فیزیک ذرات

این مساله نشان می دهد که مباحثه درون جامعه علمی درباره چنین پروژه هایی بحث های جدی و عمیقی است.

سال آینده شواری عالی سرن تصمیم گیری درباره گام های بعدی این پروژه را نهایی می کند و انتظار می رود در طول این سال همزمان با بحث های فنی، اقتصادی و پژوهشی و سیاسی،  بحث داغی نیز درون جامعه علمی  درباره ضرورت این پروژه جریان داشته باشد.

دیدگاه‌ها

  1. درود پوریا جان
    کشف ماده تاریک انرزی تاریک و.. بسیار جذاب و در مرز کنجکاوی بشر حرکت می کند.اما اختصاص این بودجه عظیم به پروزه های نیمه تمام و برنامه هایی که تاثیری مستقیم در زندگی بشر دارند به نظرم مهمتر هستند.

  2. متن جالبی بود، ممنون.
    البته به نظرم باید به این نکته تاکید کرد که وجود ماده تاریک صرفا یک فرض است، یک مدل، که ویژگی های خاصی را از خود بروز میدهد: transparent
    dust از این لحاظ شبیه dust است که اندرکنشی با ماده ندارد یا بسیار آن اندرکنش کم است.
    و نباید فراموش کرد که مدل های دیگری که به modified theories of gravity به طور کلی شهرت دارند میتوانند بدون نیاز به ماده تاریک توضیح دهنده ی رفتار ساختار و رفتار کیهانی باشند.
    – پس ماده تاریک را نمیتوان به راحتی به صورت پیش فرض در نظر گرفت که وجود دارد و فقط این مانده است که ببینیم از چه ساخته شده است – بلکه ممکن است کلا فرض وجود ماده تاریک غلط باشد.
    چیزی که میتواند ما را به جواب این سوالات نزدیک تر کند خب روشن است که آزمایش های بیشتر است…

دیدگاهتان را بنویسید

*

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.