Η Ευρώπη στη «μετά το Higgs» εποχή

Τις δυνατότητες που ανοίγονται στη μελέτη της Φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο με τη βοήθεια ενός νέου επιταχυντή στο CERN συζήτησαν για μία εβδομάδα κορυφαίοι επιστήμονες στη Βενετία

«Οταν μπορείς να κάνεις μέτρηση για αυτό που μιλάς και να το εκφράσεις με αριθμούς, τότε γνωρίζεις κάτι για αυτό». Είναι μια παλιά διαπίστωση του , ενός από τους πλέον διάσημους και ακαταπόνητους φυσικούς, που είναι γνωστός και ως Λόρδος (του) Κέλβιν (1824-1907).

Αυτό ισχύει και σήμερα, περίπου δύο αιώνες μετά. Αλλά στην εποχή του Τόμσον οι μετρήσεις των μεγεθών που είχε υπόψη του ο Λόρδος ήταν στο όριο να είναι προσιτές και στο μυαλό του μέσου ανθρώπου. Οι μετρήσεις που σε αυτές αναφέρεται ο σημερινός συνομιλητής μας είναι σε μια περιοχή του μικρόκοσμου σχεδόν απρόσιτη ακόμη και για πολλούς φυσικούς.

Συνομιλούμε με τον Λουκά Γούσκο, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Μπράουν των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής (ΗΠΑ). Εντάχθηκε στο Τμήμα Φυσικής το 2023, αφού προηγουμένως κατείχε την θέση του ερευνητή Πειραματικής Φυσικής στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Είναι πειραματικός φυσικός στοιχειωδών σωματιδίων και ειδικεύεται στη μελέτη του μποζονίου Χιγκς και στην αναζήτηση Φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο.

Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα εστιάζονται στην Πειραματική Φυσική Σωματιδίων, ιδιαίτερα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Εκεί συμμετέχει ενεργά σε προχωρημένα έργα ανάλυσης δεδομένων, όπως αυτά που επικεντρώνονται στη μελέτη του μποζονίου Χιγκς και στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης.

Ο τεράστιος όγκος και η πολυπλοκότητα των δεδομένων που παράγονται σε αυτά τα πειράματα, όπως μας είπε, του έδωσαν την ιδέα και ήταν από τους πρώτους που εισήγαγαν τεχνικές βαθιάς μάθησης (Deep Learning) σε αυτόν τον τομέα. Τεχνικές που σήμερα αποτελούν πλέον καθημερινή πρακτική στο CERN.

Σήμερα γάμος γίνεται…

Την εβδομάδα που ο Τζεφ Μπέζος είχε αιχμαλωτίσει το ενδιαφέρον αναγνωστών και τηλεθεατών με τον γάμο και τα καμώματά του στη Βενετία, ένα πλήθος επιστημόνων στην ίδια πόλη συζητούσε επί πέντε ημέρες εντατικά και τεκμηριωμένα για το μέλλον της Σωματιδιακής Φυσικής προσπαθώντας να… παντρέψει διάφορες προτάσεις.

Παρών σε όλες τις συνεδριάσεις και ο συνομιλητής μας. Τα αποτελέσματα αυτής της σημαντικής συζήτησης δεν έτυχαν σχεδόν καθόλου προβολής από τα ελληνικά μέσα ενημέρωσης, παρά το γεγονός ότι η Ελλάδα όχι μόνο καταβάλλει συνδρομή στο CERN, αλλά συμμετέχει και ενεργά στις στρατηγικές αποφάσεις του Οργανισμού.

Τι κρατάμε από τα όσα συζητήθηκαν στη μοναδική αυτή πόλη;

Κατά τον συνομιλητή μας, «πρώτα απ’ όλα, ήταν πραγματικά εντυπωσιακό να δει κανείς την πρόοδο και την εξέλιξη που έχουν σημειώσει όλα τα προτεινόμενα πειράματα. Το καθένα ανέδειξε με σαφήνεια τη δυναμική του και τη συνεισφορά που μπορεί να προσφέρει στο μέλλον της Σωματιδιακής Φυσικής, σε χρονικό ορίζοντα που εκτείνεται ακόμη και πέρα από τα 50 χρόνια. Από τις συζητήσεις εκείνης της εβδομάδας, θεωρώ ότι αναδείχθηκε με καθαρό τρόπο πως η πρόταση του CERN για έναν νέο κυκλικό επιταχυντή, με περίμετρο περίπου τριπλάσια του LHC, συνδυάζει ένα ευρύ και σε βάθος πρόγραμμα Φυσικής με τεχνική ωριμότητα και ρεαλισμό στον σχεδιασμό.

Η εντύπωση που αποκόμισαν πολλοί από τους συμμετέχοντες, και συμμερίζομαι και εγώ, είναι πως πρόκειται για μια συνεκτική και ισχυρή πρόταση, ικανή να αποτελέσει το επόμενο μεγάλο βήμα για τον τομέα. Στο τέλος της ημέρας, πρέπει να έχουμε κατά νου πως (δυστυχώς ίσως) δεν μπορούμε να εγγυηθούμε ανακαλύψεις· αυτό που μπορούμε όμως να εγγυηθούμε είναι σημαντικά αποτελέσματα Φυσικής».

Ο δύσκολος μήνας Αύγουστος

Μέσα στο βαθύ καλοκαίρι, κάποιοι επιστήμονες, μεταξύ αυτών και ο συνομιλητής μας, έχουν «στρωθεί» και (συγ)γράφουν το πόρισμα των συναντήσεων στη Βενετία, διότι τον Δεκέμβριο ένα… κονκλάβιο από περίπου 50 ειδικούς επιστήμονες θα το εξετάσουν διεξοδικά προκειμένου να διαμορφώσουν την επόμενη φάση της ευρωπαϊκής στρατηγικής στον τομέα της σωματιδιακής φυσικής.

Η αξιολόγηση αυτή δεν θα περιοριστεί μόνο στη Φυσική που μπορεί να παραγάγει κάθε πρόταση, αλλά θα λάβει υπ’ όψιν τεχνικούς, χρηματοοικονομικούς και γεωγραφικούς παράγοντες. Αν και η τελική απόφαση δεν έχει ακόμη ληφθεί, υπάρχει ισχυρή πιθανότητα να ανάψει το πράσινο φως για έναν επιταχυντή στα σύνορα Γαλλίας και Ελβετίας, με περίμετρο περίπου 91 χιλιομέτρων και εκτιμώμενο κόστος περίπου 17 δισεκατομμύρια δολάρια (για το πρώτο του στάδιο).

Τι περιμένουμε;

Πέρα από τη Φυσική του Καθιερωμένου Προτύπου, τώρα, στην εποχή μετά την ανακάλυψη του Χιγκς, οι επιστήμονες στρέφονται όλο και πιο έντονα στη μελέτη περιοχών πέραν αυτού, δηλαδή στη Φυσική Πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Με τον νέο επιταχυντή, φιλοδοξούν να επεκτείνουν τις γνώσεις μας για φαινόμενα όπως η σκοτεινή ύλη, η σκοτεινή ενέργεια, η ασυμμετρία ύλης – αντιύλης, αλλά και για βαθύτερα, ανοιχτά ερωτήματα που συνδέονται άρρηκτα με το πεδίο Χιγκς.

Το μποζόνιο Χιγκς, εξάλλου, παραμένει από μόνο του ένα αίνιγμα: Πώς μπορεί να υπάρχει ένα στοιχειώδες σωματίδιο με σπιν 0, και μάλιστα τόσο ελαφρύ; Τέτοιο σωματίδιο δεν έχει παρατηρηθεί ξανά στη φύση. Επιπλέον, θεωρείται ως ένας νέος και εξαιρετικά συναρπαστικός αγγελιοφόρος από το πρώιμο Σύμπαν! Πώς «έσπασε» η συμμετρία των θεμελιωδών δυνάμεων και σχηματίστηκε το Σύμπαν όπως το ξέρουμε; Αυτά και πολλά άλλα θα δώσει η λειτουργία του νέου επιταχυντή τη δυνατότητα να μελετηθούν με πρωτόγνωρη ακρίβεια.

Ο συνομιλητής μας ετοιμάζεται να ζήσει σε συναρπαστικούς καιρούς με πολλή δουλειά, αναρίθμητα ταξίδια μεταξύ ΗΠΑ και Ευρώπης, αλλά εμφανίζεται απτόητος από αυτό και όπως λέει: «Οταν το διακύβευμα είναι να κατανοήσουμε τι πραγματικά συνέβη στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου του Σύμπαντος, τότε το ταξίδι – όσο επίπονο κι αν είναι – αξίζει κάθε του στιγμή».

Τέλος, απευθυνόμενος κυρίως προς τους νεότερους ερευνητές, φοιτητές και μαθητές, υπογραμμίζει ότι «βρισκόμαστε σε μια ιδιαίτερα κρίσιμη περίοδο για τη Σωματιδιακή Φυσική. Με έντονη επιστημονική αβεβαιότητα αλλά και μεγάλες δυνατότητες. Η απουσία σαφούς κατεύθυνσης ως προς το πού μπορεί να εντοπιστεί η Νέα Φυσική, σε συνδυασμό με θεωρητικά και πειραματικά κίνητρα που υποδεικνύουν την ανάγκη Φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου, καθιστά την παρούσα συγκυρία εξαιρετικά γόνιμη για καινοτόμες ιδέες. Σε αυτό το πλαίσιο, η συμβολή της νέας γενιάς επιστημόνων, που θα αναλάβει τη λειτουργία των πειραμάτων και τη χάραξη της επόμενης επιστημονικής στρατηγικής, αποκτά ιδιαίτερη σημασία και συνιστά μοναδική ευκαιρία».

Οι προδιαγραφές ενός Γίγαντα

Προτείνεται τώρα η κατασκευή του Μελλοντικού Κυκλικού Επιταχυντή (Future Circular Collider, FCC) με ορίζοντα τη δεκαετία του 2040. Ο FCC θα έχει περίμετρο περίπου 3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του LHC. Οπως και ο LHC, ο FCC θα κατασκευαστεί κοντά στα ελβετο-γαλλικά σύνορα στη Γενεύη. Ενώ ο LHC βρίσκεται περίπου 100 μέτρα κάτω από την επιφάνεια, ο FCC σχεδιάζεται να τοποθετηθεί σε μέσο βάθος 200 μέτρων.

Θα επιτρέπει τη σύγκρουση σωματιδίων σε ενέργειες 7 φορές μεγαλύτερες από ό,τι στον LHC. Σε συνδυασμό με νέας γενιάς, υψηλής ευαισθησίας ανιχνευτές και με ισχυρά μαγνητικά πεδία για την καθοδήγηση και εστίαση των δεσμών σωματιδίων, αρχικά ηλεκτρονίων – ποζιτρονίων και στη συνέχεια πρωτονίων, ο FCC θα αξιοποιεί υπεραγώγιμους μαγνήτες προηγμένης τεχνολογίας, οι οποίοι ενδέχεται να λειτουργούν όχι στους -270 βαθμούς Κελσίου (όπως οι μαγνήτες του LHC) αλλά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό οδηγεί σε σημαντική μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων του συστήματος ψύξης, καθιστώντας το έργο πιο αποδοτικό ενεργειακά και συνεπώς κοινωνικά αποδεκτό.