Οι φυσικοί στοιχειωδών σωματίων σχεδιάζουν τον επόμενο μεγάλο επιταχυντή.

Από την ηλεκτρονική σελίδα About ubid.com 31 Ιουλίου 2001
Του James Glanz

Οι διευθυντές των μεγαλυτέρων εργαστηρίων φυσικής στην Ευρώπη στις ΗΠΑ και στην Ιαπωνία, συναντήθηκαν στις αρχές Ιουλίου στο Snowmass Village του Colorado για να εκπονήσουν τα σχέδια ενός νέου επιταχυντή σωματιδίων και για τον οποίο όλοι συμφώνησαν ότι θα είναι τόσο μεγάλος, ισχυρός και δαπανηρός ώστε θα κατασκευαστεί μόνο αν συνεργαστούν όλοι μαζί σε μια κλίμακα χωρίς προηγούμενο στην ιστορία της επιστήμης.

Η μηχανή θα κοστίσει πάνω από 6 δισεκατομμύρια δολάρια, θα έχει διστάσεις περίπου 20 μίλια απ' τη μια άκρη ως την άλλη, και θα απαιτήσει τόση προηγμένη τεχνολογία ώστε καμιά χώρα μόνη της δεν θα μπορούσε να την εξασφαλίσει. Ο σκοπός της θα είναι να ερευνήσει τις περιοχές που ανοίχτηκαν από τις ενδείξεις που διαθέτουμε, ότι οι υπερισχυρές αυτές μηχανές θα
παίξουν κρίσιμο ρόλο στην εξήγηση της φύσης της ύλης και της ενέργειας, της γέννησης του Σύμπαντος αλλά και της δημιουργίας του ίδιου του χώρου και του χρόνου.

Σύμφωνα με μερικές θεωρίες, η μηχανή θα μπορέσει να δει ενδείξεις για άγνωστες μέχρι τώρα διαστάσεις, πέρα από τις 4 συνηθισμένες. Σωμάτια φαντάσματα,- υπεύθυνα για την πλειοψηφία της μάζας του Σύμπαντος που αποκαλείται σκοτεινή μάζα και δεν την παρατηρούμε σήμερα πουθενά,- ελπίζεται ότι θα έλθουν επίσης στο προσκήνιο.

Οι επιστήμονες ελπίζουν επίσης ότι θα τεστάρουν τις θεωρίες για την συμπεριφορά του Σύμπαντος τις πρώτες στιγμές της έκρηξης, και θα διερευνήσουν με λεπτομέρεια τις ιδιότητες ενός σωματιδίου που λέγεται μποζόνιο του Higgs. Το σωματίδιο αυτό πιστεύεται ότι είναι το κλειδί που εξηγεί πως αποκτούν μάζα τα άλλα σωματίδια. Αν το σωματίδιο Higgs υπάρχει μπορεί να ανακαλυφθεί είτε από τους υπάρχοντες επιταχυντές είτε από αυτούς που ήδη κατασκευάζονται.

Οι διευθυντές των εργαστηρίων συμφωνούν για την επιστημονική αξία της μηχανής αλλά εμφανίζονται διχασμένοι σε πιο περίπλοκα θέματα όπως ο σχεδιασμός του επιταχυντή, ο τόπος που θα κατασκευαστεί, και ποιος θα πληρώσει τα υπέρογκα ποσά που χρειάζονται για την κατασκευή του.

Οι τεχνικές διαφορές αφορούν θέματα όπως, αν ο επιταχυντής θα είναι γραμμικός ή κυκλικός, αν θα επιταχύνονται ηλεκτρόνια ή τα πολύ βαρύτερα πρωτόνια και ποια τεχνολογία θα χρησιμοποιηθεί για να δώσει στα σωματίδια τις τρομακτικές ενέργειες που θ΄αποκτούν.

Οι διευθυντές των εργαστηρίων πάντως τείνουν να συμφωνήσουν προς ένα γραμμικό συγκρουστή ηλεκτρονίων αλλά παραμένουν διχασμένοι ως προς την καλύτερη δυνατή τεχνολογία, και σχολιάζουν ότι ο μετασχηματισμός μιας μηχανής από απλό διερευνητή των θεμελιωδών συστατικών της ύλης σε μηχανή προορισμένη για κοσμικής κλίμακας ανακαλύψεις, προϋποθέτει ότι τα έθνη συμφωνούν να συνενώσουν τους οικονομικούς πόρους τους. "Τα έθνη δεν μπορούν πια να καταναλώνουν πόρους για να επαναλαμβάνει το ένα τις προσπάθειες του άλλου" λέει ο Dr. Jonathan Dorfan, διευθυντής του Stanford Linear Accelerator Center, or SLAC, στην California.

Ένα πράγμα το οποίο προφανώς δεν θ΄ αλλάξει είναι ο μεγάλος χρόνος εκτέλεσης ενός πειράματος. Η πιο ισχυρή μηχανή που λειτουργεί τώρα είναι το αναβαθμισμένο Tevatron στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi κοντά στο Chicago. Εκεί λοιπόν θα περάσουν αρκετά χρόνια ώσπου να συλλεχθούν αρκετά δεδομένα ώστε να δώσου αξιόπιστα αποτελέσματα.

Το 2006 υπολογίζεται ότι θα έχει ολοκληρωθεί στο CERN στη Γενεύη ο αρκετά ισχυρότερος επιταχυντής L.H.C (Large Hadron Collider). Οι δυο μηχανές χρησιμοποιούν πρωτόνια προς επιτάχυνση και αυτός είναι ένας λόγος που προτείνεται ο νέος συγκρουστής να χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια προκειμένου να δώσει κρίσιμες συμπληρωματικές πληροφορίες.
Ο νέος επιταχυντής θα είναι έτοιμος να συλλέξει στοιχεία το νωρίτερο κατά το 2011 ή 2012 αν υποτεθεί ότι η κατασκευή του θα ξεκινήσει το 2004 ή 2005.

Σε αντίθεση με τον L.H.C ο οποίος σχεδιαστηκε πριν να προσκληθούν οι ΗΠΑ και η Ιαπωνία, το νέο εγχείρημα θα περιλαμβάνει όλους τους συμμετέχοντες σε κάθε στάδιό του. Οι ΗΠΑ συνεισέφεραν 531 εκατομμύρια δολάρια στα 4 δις δολάρια του L.H.C.

Η ομάδα των επιστημόνων από τον επιταχυντή DESY του Αμβούργου, με διευθυντή τον Dr. Albrecht Wagner, πρότεινε, ο νέος επιταχυντής να είναι εξ ολοκλήρου τηλεχειριζόμενος, ώστε να μπορούν να εκτελούνται τα πειράματα από τις κονσόλες ελέγχου πχ του Fermilab είτε του KEK στην Ιαπωνία όπου και αν κατασκευαστεί τελικά η μηχανή. Η ομάδα του ηδη έχει καταπιαστεί μ' ένα τέτοιο μεγαλεπήβολο σχέδιο.
Σύμφωνα με τα σχέδια του Dr. Wagner, όπου και αν κατασκευαστεί η μηχανή, θα κατασκευαστούν προηγούμενα τα διάφορα μέρη της σε διαφορετικά μέρη της γης και στη συνέχεια θα συναρμολογηθούν σε κάποιο τόπο. Η στρατηγική αυτή ακολουθείται για να μην υπάρξει εύνοια προς τους κατασκευαστές της χώρας εγκατάστασης.

Πολλά αγκάθια προέκυψαν ήδη στα φιλόδοξα αυτά σχέδια. Οι διευθυντές των δύο μεγάλων Αμερικανικών εργαστηρίων SLAC και Fermilab, Dr. Dorfan and Dr. Michael S. Witherell, ευνοούν την εγκατάσταση της νέας μηχανής επί Αμερικανικού εδάφους και κατά προτίμηση κοντά στα δικά τους εργαστήρια.

Η υποστήριξη πάντως των ΗΠΑ σ' ένα τέτοιο σχέδιο είναι καθοριστική. Χωρίς αυτήν το σχέδιο είναι καταδικασμένο σε αποτυχία. Οι Αμερικανοί φοβούνται επίσης ότι η υψηλή ειδίκευση των μηχανικών και των φυσικών που χρειάζονται για το χτίσιμο της μηχανής, η οποία σημειωτέον δεν θα εξυπηρετεί μόνο τους σκοπούς της φυσικής υψηλών ενεργειών αλλά και ιατρικούς και βιομηχανικούς σκοπούς, θα οδηγήσει πολλούς Αμερικανούς επιστήμονες στην αναζήτηση εργασίας στο εξωτερικό αν τελικά η μηχανή εγκατασταθεί αλλού.

Η Ιαπωνική πλευρά με τη σειρά της θα προτιμούσε η μηχανή να χτιστεί σε κάποια από τις δύο πλευρές του Ατλαντικού. Στην ομιλία του ο Ιάπωνας εκπρόσωπος Dr. Sugawara, αναφέρθηκε και στη θλιβερή εξέλιξη που είχε το σχέδιο ανάπτυξης της μηχανής Υπεραγώγιμου Συγκρουστή στις ΗΠΑ όταν μετά από πολλές παλινωδίες το Κονγκρέσσο ματαίωσε την κατασκευή του το 1993. "Όταν ένα τέτοιο σχέδιο έχει απαιτήσει πολλές και επίπονες προσπάθειες στον πολιτικό χώρο και ξαφνικά καταρρέει, δεν μπορεί παρά να προκαλέσει ζημιά στις Αμερικανοιαπωνικές κυβερνητικές και επιστημονικές σχέσεις" είπε ο Dr. Sugawara.

Ακριβώς η αποτυχία της προσπάθειας εκείνης είναι παράδειγμα προς αποφυγή, λέει ο Dr. Witherell. Δεν μπορεί για παράδειγμα να αναζητούνται καθυστερημένα οι διεθνείς συνέταιροι, ούτε να επιλέγεται ως τοποθεσία ένας τόπος μακριά από τα υπάρχοντα μεγάλα εργαστήρια. Πρέπει ένα μεγάλο εργαστήριο κάπου κοντά να αναλάβει την ευθύνη της κατασκευής.
Πάντως σε σχέση με τις πολιτικές περιπλοκές οι επιστημονικές μοιάζουν μάλλον απλές.

Όσον αφορά την τεχνολογία που θ' ακολουθηθεί, το Γερμανικό σχέδιο με το όνομα TESLA, προτείνει υπεραγώγιμα υλικά σε κοιλότητες που θα επιταχύνουν τα σωματίδια. Πολλοί φισικοί συμφωνούν ότι το σχέδιο TESLA θα εξασφαλίσει πιο πυκνές δέσμες σωματιδίων ενώ το εναλλακτικό σχέδιο, Next Linear Collider που προτείνεται θα δώσει υψηλότερες τελικές ενέργειες.

Υπάρχουν όμως και απόψεις όπως του Dr. David Burke, από το SLAC, ο οποίος προτείνει την κατασκευή ενός Πολύ Μεγάλου Συγκρουστή Αδρονίων. (Very Large Collider Hadrons)
Οι δύο μηχανές διαφέρουν ριζικά διότι τα ηλεκτρόνια είναι σημειακά σωματίδια, ενώ τα πρωτόνια αποτελούνται από δεσμίδες άλλων πιο θεμελιωδών σωματιδίων, των quarks και των γκλουονίων.
Αν και οι ενέργειες των δύο μηχανών δεν είναι απευθείας συγκρίσιμες, οι συγκρουστές πρωτονίων θεωρούνται ως ανιχνευτές οι οποίοι με την δύναμή τους εκμεταλεύονται τα όρια της ενέργειας, ενώ οι συγκρουστές ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται περισσότερο για μετρήσεις ακριβείας.

Εξαιτίας του ότι η χώρα στην οποία θα φιλοξενηθεί η μηχανή θα καταβάλει το 50 ή 60% του κόστους, μερικοί φυσικοί αντιτίθενται τελείως στην κατασκευή της γιατί θα στερήσει τα απαραίτητα κεφάλαια από άλλα ενδιαφέροντα προγράμματα για δεκαετίες.

Όλα αυτά δείχνουν ότι οι στρατηγικές γύρω από τα μεγάλα επιστημονικά σχέδια είναι μακρόπνοες και χρειάζονται εκλεπτυσμένες τεχνικές χειρισμού ακόμη και σε πολιτικό επίπεδο. Τώρα παρακολουθούμε μόνο τις αρχικές κινήσεις του παιχνιδιού.