محققان در سرن در سال 2012، از جمله مدیرکل وقت آن رولف-دیتر هویر (نفر دوم از راست) و مدیرکل فعلی فابیولا جیانوتی (وسط)، مضطربانه منتظر تأیید کشف بوزون هیگز بودند. اعتبار: دنیس بالیبوز/رویترز
محققان در سرن در سال 2012، از جمله مدیرکل وقت آن رولف-دیتر هویر (نفر دوم از راست) و مدیرکل فعلی فابیولا جیانوتی (وسط)، مضطربانه منتظر تأیید کشف بوزون هیگز بودند. اعتبار: دنیس بالیبوز/رویترز

اقدامات بعدی سرن برای علم و همکاری بین‌المللی مهم است

بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان به لحظه حساسی در تاریخ خود نزدیک می‌شود.

محققان پس از کشف تاریخی بوزون هیگز در سال 2012، با استفاده از برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) سرن، شتاب‌دهنده اصلی ذرات در آزمایشگاه فیزیک ذرات اروپا در نزدیکی ژنو، سوئیس، اهداف خود را بر روی یک وظیفه مهم‌تر قرار دادند. آنها قصد داشتند آنچه را که فراتر از مدل استاندارد فیزیک ذرات است، بررسی کنند. مدلی که توصیفی فوق‌العاده موفق - و به‌طور ناامیدکننده‌ای ناقص - از ذرات بنیادی و نیروهایی است که بر آنها عمل می‌کنند. با این حال، بیش از یک دهه بعد، LHC هیچ سرنخی از فیزیک جدید پیدا نکرده است. ماهیت ماده تاریک که به شدت از مقدار ماده معمولی در جهان بیشتر است و خود بوزون هیگز، همچنان مبهم باقی مانده‌اند. و زمان در حال گذر است. تا اوایل دهه 2040، LHC که دارای محیطی به طول 27 کیلومتر است، به محدودیت‌های سودمندی خود خواهد رسید. سؤال این است که چه چیزی باید جایگزین آن شود؟

پاسخ مدیریت سرن، یک شتاب‌دهنده عظیم‌تر است، این بار با محیطی به طول 90 کیلومتر: برخورددهنده دایره‌ای آینده (FCC)، که در نهایت ذرات را با هشت برابر انرژی LHC به هم می‌کوبد. اگر این تصمیم بسیار مهم توسط نهاد حاکم آزمایشگاه، شورای سرن، تأیید شود، مسیر فیزیک انرژی بالا را برای بقیه قرن تعیین می‌کند و پیامدهای مهمی برای علم، همکاری بین‌المللی و جامعه خواهد داشت. اما طرح FCC بحث‌برانگیز است و با چالش‌های جدی برای تأمین بودجه روبرو است (نگاه کنید به Nature 639, 560–563; 2025).

بسیاری از فناوری‌های مورد نیاز برای تحقق آن هنوز وجود ندارند - از جمله آهن‌رباهای ابررسانا به اندازه کافی قوی برای خم کردن پرتوهای ذرات پرانرژی در اطراف تونل شتاب‌دهنده. به همین دلیل، مرحله اول پروژه شامل حفر تونل و استفاده از فناوری موجود برای نصب یک دستگاه کم‌انرژی‌تر است که برای مطالعه دقیق‌تر ذرات شناخته‌شده، از جمله بوزون هیگز، طراحی شده است. برخورد ذرات در بالاترین انرژی‌ها بعداً، از حدود سال 2070، آغاز می‌شود.

بسیاری از فیزیکدانان می‌گویند که فیزیک ذرات به یک هدف بلندمدت مانند این نیاز دارد. اما همه در مورد چگونگی انجام آن متقاعد نشده‌اند. FCC فاقد منطق روشنی است که LHC برای یافتن بوزون هیگز داشت - آخرین ذره باقی‌مانده پیش‌بینی‌شده توسط مدل استاندارد که باید یافت شود. بسیاری از فیزیکدانان موافق هستند که دلیلی برای بررسی وجود ذرات جدید در انرژی‌های بالاتر وجود دارد، اما آنچه که آنها در مورد آن اختلاف نظر دارند، هزینه آن است.

طرح‌های جایگزین نیز وجود دارند، از جمله طرح‌های برخورددهنده خطی و گزینه‌هایی برای استفاده مجدد از تونل LHC موجود. گروهی از فیزیکدانان که توسط شورای سرن منصوب شده‌اند، در حال حاضر در حال انجام یک «به‌روزرسانی استراتژی» هستند و از جامعه فیزیک ورودی می‌گیرند. محققان در سراسر جهان در حال ارائه پیشنهاداتی برای اطلاع‌رسانی به این فرآیند هستند و در یک جلسه به سبک تالار شهر در ونیز، ایتالیا، در ماه ژوئن درباره این ایده‌ها بحث خواهند کرد. سپس گروه استراتژی توصیه‌های خود را در ماه دسامبر به شورا ارائه خواهد کرد.

این بحث در حال حاضر داغ است. برخی از فیزیکدانان ذرات نگران هستند که اگر FCC چراغ سبز را دریافت کند، ساخت آن آنقدر طول بکشد که حتی دانشجویان آنها نتوانند در طول زندگی کاری خود از مزایای آن بهره‌مند شوند. اما پروژه‌هایی که نسل به نسل منتقل می‌شوند، دقیقاً همان چیزی است که FCC را ارزشمند می‌کند، به گفته دیگران. دیگران هنوز نگران این تصور در بین فیزیکدانانی هستند که روی انواع دیگر آزمایش‌ها کار می‌کنند که دانشمندان سرن «احساس استحقاق» دارند - اینکه آنها سزاوار پول بیشتری نسبت به سایر زمینه‌ها هستند فقط به این دلیل که در حال بررسی فیزیک بالاترین انرژی‌ها هستند.

فراتر رفتن از هزینه‌ها نگرانی دیگری است. اگر سرن برای تأمین مالی پروژه بزرگ بعدی خود بیش از حد هزینه کند، ممکن است نتواند فعالیت‌های دیگر را دنبال کند. اگرچه LHC بیشترین تیترها را به خود اختصاص می‌دهد - و برخورددهنده بزرگ بعدی نیز چنین خواهد کرد - سرن بسیار بیشتر از پرچمدار خود است. این آزمایشگاه میزبان آزمایش‌های پیشرو در جهان در زمینه پادماده و فیزیک ابرها است و یک آشکارساز پرتو کیهانی پیشرفته ساخته است که از سال 2011 در ایستگاه فضایی بین‌المللی پرواز می‌کند. تأسیسات آن زمینه‌ای برای اعتبارسنجی فناوری‌ها برای دو مورد از بزرگترین پروژه‌های جهان است که اکنون در دست ساخت هستند، آزمایش هایپر-کامیوکانده ژاپن و آزمایش نوترینو زیرزمینی عمیق (DUNE) در ایالات متحده، که هر دو نوترینوها را مطالعه خواهند کرد. این فناوری‌های جدید برای سرن نیز مهم هستند، به همین دلیل به خطر انداختن آنها کار عاقلانه‌ای نیست.

مشخص نیست که آیا کدام کشورها می‌توانند برای پر کردن شکاف‌های مالی وارد عمل شوند. آلمان - که در حال حاضر 20٪ از بودجه آزمایشگاه را تأمین می‌کند - به طور خاص، از قبل اعلام کرده است که کمک‌های خود را افزایش نخواهد داد.

از زمان تأسیس آن بیش از 70 سال پیش، زمانی که اروپا از سایه جنگ جهانی دوم بیرون آمد، سرن نمونه‌ای از همکاری چندجانبه بوده است. کشورهای اروپایی در سرن منبعی از غرور مشترک و ابزاری برای گسترش اعتبار قاره و روابط علمی در سراسر جهان یافته‌اند. این سازمان اکنون 24 کشور عضو کامل دارد، به علاوه بسیاری دیگر، از جمله ایالات متحده، که به روش‌های مهمی در فعالیت‌ها و جامعه آن مشارکت می‌کنند. چندین سازمان بین‌المللی دیگر، از جمله آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اروپا و رصدخانه جنوبی اروپا، پس از سرن الگوبرداری شده‌اند. سایر جوامع علمی که فاقد چنین مرجع معتبری هستند - مانند کسانی که پرتوهای کیهانی یا امواج گرانشی را مطالعه می‌کنند - آرزو داشته‌اند که یا از مدل حکمرانی آزمایشگاه تقلید کنند یا حمایت آن را دریافت کنند.

شورای سرن اکنون با یک تصمیم دشوار روبرو خواهد شد. مگر اینکه برخی از کشورها با تزریق عمده پول نقد وارد عمل شوند، FCC با چشم‌انداز نامشخص تأمین بودجه روبرو است. اما صبر کردن بیش از حد می‌تواند به این معنی باشد که شکاف بزرگی بین افتتاح تأسیسات جدید و تعطیلی LHC وجود خواهد داشت و تخصص گرانبها ممکن است از بین برود.

اگرچه فیزیکدانان ممکن است در مورد کاری که سرن باید انجام دهد اختلاف نظر داشته باشند، اما تقریباً همگی به آینده آزمایشگاه اهمیت می‌دهند. آنها و رهبرانشان اکنون باید استدلال کنند که چرا مالیات‌دهندگان اروپایی، که بیشتر بودجه سالانه آزمایشگاه را تأمین می‌کنند، نیز باید اهمیت دهند. خطرات فراتر از علم، و حتی فراتر از اروپا است.