Μετά το Higgs: Το νέο τοπίο των σωματιδίων

Οι φυσικοί σχεδιάζουν τους  ισχυρούς επιταχυντές που θα  μελετήσουν το μποζόνιο Higgs και τις αλληλεπιδράσεις του με κάθε λεπτομέρεια.
Όταν οι φυσικοί σωματιδίων σε όλο τον κόσμο, ξύπνησαν στις 5 Ιουλίου, σκηνές χαράς, ανακούφισης και δάκρυα ήταν ακόμη νωπές στο μυαλό τους - μαζί με ένα τεράστιο αναπάντητο ερώτημα. Στιγμές χαράς την προηγούμενη ημέρα, όταν οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι ένα νέο σωματίδιο μοιάζει πολύ με το πολυπόθητο μποζόνιο Higgs, είχε επιτέλους βρεθεί στα δεδομένα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, - εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής της Ευρώπης έξω από τη Γενεύη στην Ελβετία. Το ερώτημα που θα καθορίσει ολόκληρη τη μελλοντική δουλειά τους. Είναι το σωματίδιο αυτό μποζόνιο Higgs στην μέγιστη απλότητα του, όπως προβλέπεται από το 40ετές καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής; Ή είναι κάτι πιο πολύπλοκο και ενδιαφέρον, που θα οδηγήσει προς μια βαθύτερη, πληρέστερη θεωρία;
Οι φυσικοί ελπίζουν και προσδοκούν ότι ο LHC θα τους δώσει κάποιες απαντήσεις για τα επόμενα χρόνια. Αλλά ήδη προετοιμάζουν τους ενδιαφερόμενους για μια μηχανή που θα ακολουθήσει τον LHC (ένα «εργοστάσιο Higgs»), που θα μπορούσε να φωτίσει μια τέτοια θεωρία με μετρήσεις πολύ πιο ακριβείς από ότι μπορεί να προσφέρει ο LHC.
"Γνωρίζουμε ότι πρέπει να υπάρχει μια νέα φυσική πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο", λέει ο Barry Barish, ένας φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα. Ο ίδιος και οι άλλοι φυσικοί υποστηρίζουν ότι
αυτό είναι σίγουρο, λόγω της ύπαρξης φαινομένων, που δεν μπορούν να ενταχθούν εύκολα στο μοντέλο, όπως το αόρατο πλέγμα της «σκοτεινής ύλης», που υποψιάζονται ότι αποτελεί το ένα τέταρτο της πυκνότητας του Σύμπαντος, ή την ικανότητα σωματιδίων που ονομάζονται νετρίνα να «ταλαντεύονται» από μία μορφή σε άλλη. Ο Barish ηγείται της παγκόσμιας κοινοπραξίας που σχεδιάζει τον Διεθνή Γραμμικό Επιταχυντή Σωματιδίων (ILC), από τους υποψηφίους για την επόμενη μεγάλη μηχανή. Ακόμα και αν κανείς δεν ξέρει ακόμα τι θα περιλαμβάνει η νέα φυσική, όπως λέει, «η στρατηγική μας είναι να είμαστε έτοιμοι σε περίπτωση, που τα πράγματα είναι έτσι".

Τα έξοδα, τα χρονοδιαγράμματα και οι δυνατότητες του ILC και άλλων υποψήφιων μηχανών θα πρέπει να καθοριστούν σύμφωνα με τις εργασίες της Ευρωπαϊκής Στρατηγικής Στοιχειωδών Σωματιδίων στην Κρακοβία, Πολωνία, στις 10-12 Σεπτεμβρίου, η οποία θα καθορίζει τις προτεραιότητες για τον τομέα αυτό στην Ευρώπη για την επόμενη πενταετία. Οι Αμερικάνοι φυσικοί σωματιδίων σχεδιάζουν μια παρόμοια ενέργεια, σε μια συνάντηση στο Snowmass, Κολοράντο, τον Ιούνιο του 2013.
Αλλά τα σχέδια είναι ένα πράγμα. Η πραγματικότητα είναι άλλη. Η χρηματοδότηση ενός νέου μηχανήματος, ιδιαίτερα σε περιόδους οικονομικής ύφεσης, θα είναι ένα "δύσκολο έργο", λέει ο Christopher Llewellyn-Smith, διευθυντής της ενεργειακής έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στη Βρετανία και διευθυντής του CERN τη στιγμή που έχει εγκριθεί χρηματοδότηση του LHC. "Θα εξαρτηθεί από το ποια νέα σωματίδια θα βρει ο LHC, σχετικά με το εάν η νέα μονάδα θα υποστηριχθεί ομόφωνα από την κοινότητα, "εξηγεί ο ίδιος". Ακόμη και το θέμα της επιστήμης φυσικής είναι πιο ισχυρό απ'ότι ο LHC και το κόστος είναι τέτοιο ώστε να μπορεί να γίνει με έναν παγκόσμιο προϋπολογισμό για την φυσική υψηλών ενεργειών, θα εξακολουθεί να είναι δύσκολο."

Ο LHC ζει

Ένα βασικό θέμα συζήτησης στην Κρακοβία θα είναι κατά πόσο οι ομάδες του LHC μπορούν να είναι έτοιμες για τη μέτρηση των ιδιοτήτων των νέων σωματιδίων. Οι φυσικοί που εργάζονται εκεί περιμένουν πολλά περισσότερα στοιχεία, καθώς και σημαντικές αναβαθμίσεις για τα επόμενα δέκα χρόνια.
Έχουν ήδη μία καλή είδηση: η μάζα του Higgs - περίπου 125 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (GeV) σε μονάδες ενέργειας φυσικής - αποκλίνει από ότι οι θεωρητικοί είχαν υπολογίσει. Αυτό έχει δύο σημαντικές συνέπειες: σημαίνει ότι ένας σχετικά μέτριος νέος επιταχυντής θα ήταν αρκετός για την παραγωγή του Higgs σε μεγάλες ποσότητες και ότι το νέο σωματίδιο δίνει μια ποικιλία τρόπων διάσπασης που θα καταστήσει ευκολότερο για τους φυσικούς να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις του με άλλα σωματίδια του καθιερωμένου μοντέλου.

"Γνωρίζουμε ότι πρέπει να υπάρξει μια νέα φυσική πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο."

Μία από τις προτεραιότητες, για παράδειγμα, είναι να ελεγχθεί η πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου για το πώς το Higgs αλληλεπιδρά με τα φερμιόνια
του Καθιερωμένου Μοντέλου : σωματίδια, όπως τα μιόνια, ηλεκτρόνια και τα κουάρκ, που έχουν την εγγενή στροφορμή, ½ σε κβαντικές μονάδες. Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης με κάθε σωματίδιο υποτίθεται ότι πρέπει να είναι ανάλογη με τη μάζα του - αν μη τι άλλο επειδή, στο Καθιερωμένο Μοντέλο η αλληλεπίδραση με το σωματίδιο Higgs είναι αυτό που δημιουργεί τη μάζα.
Μια άλλη προτεραιότητα είναι να βεβαιωθούμε ότι η στροφορμή του νέου σωματιδίου έχει στο  Καθιερωμένο Μοντέλο τιμή 0. Οι φυσικοί του LHC μπορεί ήδη να πουν ότι το νέο σωματίδιο είναι μποζόνιο - που σημαίνει ότι η στροφορμή του σε κβαντικές μονάδες είναι 0, 1, 2 ή κάποια άλλη ακέραιη τιμή - και ότι ο ακέραιος δεν μπορεί να είναι 1. Δύο συμπεράσματα προκύπτουν από παρατηρούμενη διάσπαση του σωματιδίου σε ζευγάρια των φωτονίων, τα οποία είναι spin-1 μποζόνια. Οι φυσικοί δεν έχουν τρελές θεωρίες που αφορούν τα μποζόνια με στροφορμή μεγαλύτερη από 2, λέει ο φυσικός του CERN Albert de Roeck, επιστημονικός συντονιστής της ομάδας εργασίας για το Compact Muon Solenoid ανιχνευτή στον LHC, έτσι ώστε το έργο τους είναι τώρα να διαπιστώσει αν είναι στροφορμή 2 ή ένα μποζόνιο <μονοδιάστατο> με spin-0 όπως αναμενόταν.
Ο LHC θα διευθετήσει το ζήτημα της στροφορμής, λέει ο γενικός διευθυντής του CERN Rolf Heuer, αλλά είναι λιγότερο σαφές σε ποιο βαθμό ο LHC μπορεί να ικανοποιήσει στη δοκιμή του νέου μποζόνιου σε αλληλεπίδραση με άλλα σωματίδια - ιδίως η «αυτο-αλληλεπίδραση», με την οποία το μποζόνιο δίνει ίδια μάζα. Προς το παρόν, όλοι οι φυσικοί LHC μπορούμε να πούμε είναι ότι οι αλληλεπιδράσεις του νέου μποζόνιου με άλλα σωματίδια είναι σύμφωνες με τις
προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου στο πλαίσιο της παρούσας αβεβαιότητας στη μέτρηση της τάξης του 30-40%. Σύμφωνα με τον de Roeck, ο επιταχυντής θα πρέπει να φέρει τις αβεβαιότητες στο 20% μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους, και θεωρητικά πιο κάτω για "μερικά εκατοστά" για τα επόμενα 10-15 χρόνια.Αλλά αυτό, για πολλούς φυσικούς, σημαίνει ακριβώς ότι χρειάζεται μια μηχανή
νέας γενιάς. Μία πραγματικά εμπεριστατωμένη δοκιμή του καθιερωμένου μοντέλου, η οποία θα αποκάλυπτε μικροσκοπικές αποκλίσεις που θα μπορούσαν να δείξουν το δρόμο για καλύτερα μοντέλα, απαιτεί οι ερευνητές να μετρούν την αλληλεπίδραση του Higgs με άλλα σωματίδια με αβεβαιότητα 1%, πιθανώς μόλις 0,1% σε περίπτωση που η ακρίβεια των θεωρητικών προβλέψεων, βελτιωθεί τα επόμενα χρόνια. Αυτό είναι κάτι απίθανο να επιτευχθεί στο LHC. Το μηχάνημα αυτό είναι σαν μια βαριοπούλα: συγκρούει μαζί δέσμες που περιέχουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια πρωτονίων σε ενέργειες που θα φτάσουν τελικά 7 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (TeV) ανά δέσμη. Αυτό είναι καλό για την ανακάλυψη νέων σωματιδίων με μάζα, αλλά σε μικρότερο βαθμό για μετρήσεις ακριβείας, επειδή τα πρωτόνια είναι μια χαώδης θάλασσα από κουάρκ και γκλουονία που "βρομίζουν" τις συγκρούσεις.
Αντ 'αυτού, κάθε πρόταση για μια μηχανή επόμενης γενιάς απαιτεί κάποια μορφή
επιταχυντή λεπτονίων. Τα λεπτόνια, μια ομάδα από σωματίδια φωτός που περιλαμβάνουν τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια και τα νετρίνα, παρακάμπτουν την ακαταστασία με το να μην συμμετέχουν στην ισχυρή αλληλεπιδράση κουάρκ-γλουονίων, που την παράγουν. Τα λεπτόνια είναι στοιχειώδη και αλληλεπιδρούν μόνο μέσω μιας σχετικά αδύναμης ηλεκτρομαγνητικής δυνάμης. Σαν αποτέλεσμα, οι μηχανές λεπτονόων να είναι περισσότερο σαν νυστέρια παρά βαριοπούλες : οι συγκρούσεις τους μπορεί να συντονίζονται με τη μάζα ενός συγκεκριμένου σωματιδίου και τον ψεκασμό των σωματιδίων, που δημιουργούνται και να είναι συγκριτικά καθαρό το πεδίο και απλό να ερμηνευτεί.

Μιόνια ή ηλεκτρόνια

Μια σχετικά φθηνή επιλογή, υποστηρίζουν μερικοί φυσικοί, θα μπορούσε να τοποθετήσει τους σωλήνες ενός νέου επιταχυντή LHC, παράλληλα στο υφιστάμενο τούνελ και να το χρησιμοποιούν για να συγκρουστούν αντίθετες δέσμες ηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων αντιύλης (περισσότερο γνωστά σαν ποζιτρόνια). Η πρόταση αυτή, γνωστή ως LEP3 προς τιμήν του Μεγάλου επιταχυντή Ηλεκτρονίων - Ποζιτρονίων (LEP), που μπήκε στο τούνελ πριν από την κατασκευή του LHC ξεκίνησε το 2000, εμφανίστηκε μόνο κατά το περασμένο έτος, όπως και προκαταρκτικά στοιχεία για το νέο σωματίδιο που είχαν συλλεχθεί. Ο LEP3 θα μπορούσε να παράγει τα μποζόνια Higgs με μόλις 120 GeV ανά δέσμη - σε συνολική ενέργεια 240 GeV - μόνο ελάχιστα πάνω από το ανώτατο όριο του αρχικού του LEP που ήταν 209 GeV. Η παραγωγή των θα ενισχυθεί περαιτέρω από τις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις που θα επιτρέψουν ταχύτητα σύγκρουσης, ή «φωτεινότητας», περίπου 500 φορές μεγαλύτερη από ό,τι θα μπορούσε να επιτύχει ο LEP.

Κατασκευάζοντας έναν LEP3 μέσα στη σήραγγα του LHC θα μπορούσε να επιτρέψει σε κάποιους από τους ανιχνευτές σωματιδίων του LHC να επαναχρησιμοποιηθούν, καθώς και τη χρήση των υφιστάμενων υποδομών του CERN για την λειτουργία, τη συντήρηση και τη λήψη δεδομένων. Αυτή η εξοικονόμηση υπολογίζεται για το κόστος του LEP3 κάτω του 1 δις δολ. και 2 δισ. ευρώ, πολύ χαμηλότερα από 6-δις δολ. που ήταν το κόστος του LHC. «Η ιδέα είναι εκεί για να σκοτώσει», λέει ο νομικός σύμβουλος του LEP3 Alain Blondel στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης, ο οποίος επισημαίνει ότι θα πρέπει να υπάρχει χώρος για την κατασκευή του νέου επιταχυντή λεπτονίων χωρίς την αφαίρεση του LHC : η σήραγγα επρόκειτο αρχικά να έχει και τους δύο τύπους επιταχυντών που να λειτουργούν ταυτόχρονα.
Με όλα τα πλεονεκτήματά του ως ένα εργοστάσιο υψηλής απόδοσης Higgs, ο LEP3 δεν θα είναι σε θέση να μελετήσει κάτι πολύ βαρύτερο από το Higgs. Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα πρόβλημα, αν, όπως ελπίζουν πολλοί φυσικοί σωματιδίων, στον LHC τελικά θα ανακαλύψουν νέα σωματίδια βαρύτερα απ' ότι οι θεωρητικοί προβλέπουν, από ιδέες όπως της υπερσυμμετρίας, ή ακόμα και την εξεύρεση επιπλέον διαστάσεων. Η ενεργειακή ενίσχυση του LEP3 για να μελετήσει βαρύτερα σωματίδια θα είναι σχεδόν αδύνατη λόγω των ζημιών από την ακτινοβολία - δηλ τη ροή των φωτονίων που εκπέμπονται όταν κάθε φορτισμένο σωματίδιο κινείται κατά μήκος μιας καμπύλης τροχιάς. Αυτό βέβαια δεν θα είναι τόσο μεγάλο πρόβλημα για τα πρωτόνια του LHC, διότι οι απώλειες ενέργειας από την ακτινοβολία είναι ελάχιστη για τα σωματίδια με μεγαλύτερη μάζα. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια υπερτερούν κατά ένα παράγοντα περίπου 2.000. Ωστόσο, οι απώλειες σε LEP3 θα είναι σοβαρές. Ο μόνος τρόπος για να αυξηθεί η ενέργεια του επιταχυντή θα είναι να αυξηθεί η ακτίνα του, η οποία θα απαιτούσε μια νέα σήραγγα. Μερικοί φυσικοί έχουν μιλήσει για μια νέα σήραγγα που θα εκτείνεται κάτω από τη λίμνη της Γενεύης, καθώς και την εγκατάσταση μιας μηχανής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων μήκους 80-χιλιόμ., αν και αυτό δεν είναι κάτι για το άμεσο μέλλον, λέει ο Heuer.
Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί σε όλο τον κόσμο έχουν ιδέες για ένα εναλλακτικό εργοστάσιο Higgs, που θα ήταν πολύ μικρότερο από ό, τι ο LEP3, ίσως μόλις 1,5 χιλιομέτρων περίμετρο. Θα συγκρούονται δέσμες μιονίων, ηλεκτρονίων-όπως σωματίδια με 207 φορές τη μάζα του ηλεκτρονίου, μια τέτοια μηχανή έχει αμελητέα ακτινοβολία και οι απώλειες θα μπορούσαν να παράγουν δεκάδες χιλιάδες μποζόνια Higgs από μια συνολική ενέργεια σύγκρουσης μόλις 125 GeV, σε αντίθεση με τα 240 GeV του LEP3. Θα είναι επίσης σε θέση να πάει σε πολύ υψηλότερες ενέργειες, για να μελετήσει βαρύτερα σωματίδια.

Ένας όμως επιταχυντής μιονίων αντιμετωπίζει σημαντικά εμπόδια από τη δική του πλευρά, αν μη τι άλλο από το γεγονός ότι τα μιόνια μεταπίπτουν σε ηλεκτρόνια και σε νετρίνα, με μέση διάρκεια ζωής των 2,2 μικροδευτερόλεπτα. Αυτό είναι ένα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα στο υποατομικό βασίλειο, όπου οι ζωές των σωματιδίων συχνά μετριέται σε κλάσματα του ενός τρισεκατομμυριοστού του ενός nanosecond. Αλλά με όρους μηχανικής, είναι πρακτικά στιγμιαία. Τα μιόνια σε έναν επιταχυντή παράγονται με την σύγκλιση μιας δέσμης πρωτονίων σε ένα μεταλλικό στόχο. Εν συνεχεία «ψύχεται», ή υπόκειται σε άλλη ακτινοβολία. Τέλος επιταχύνεται μέχρι την απαιτούμενη ενέργεια, σε ελάχιστο χρόνο. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται στο πείραμα ψύξης και ιονισμού μιονίων (MICE) στο Rutherford Appleton Laboratory κοντά στην Οξφόρδη, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το MICE αναμένεται να ολοκληρώσει τις μελέτες του μέχρι το 2016, σε τέτοιο σημείο ώστε η τεχνολογία ψύξης να έχει προχωρήσει αρκετά για το CERN για να χρησιμοποιηθεί στην οικοδόμηση ενός εργοστασίου νετρίνων (ένα σκαλοπάτι για ένα επιταχυντή μιονίων), που θα μπορούσε να στείλει δέσμες μιονίων νετρίνων δια μέσου της Γης σε έναν ανιχνευτή που θα είναι χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Έχει είδη προταθεί να είναι στην Φινλανδία.

"Δεν θα πρέπει να θεωρούμε δεδομένο ότι τα χρήματα είναι διαθέσιμα μόνο και μόνο επειδή βρέθηκε το Higgs".

Παρ 'όλα αυτά, πολλοί φυσικοί είναι δύσπιστοι. "Αμφιβάλλω αν θα δω έναν επιταχυντή μιονίων σε λειτουργία στη διάρκεια της ζωής μου», λέει ο Brian Foster, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. "Προσπαθούμε να ψύξουμε μιόνια για περισσότερο από δέκα χρόνια, και αυτό μόνο είναι εξαιρετικά δύσκολο".

Ο Foster είναι Ευρωπαϊκός περιφερειακός διευθυντής για τον γραμμικό επιταχυντή  ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων. Αυτό το είδος μηχανήματος θα είναι ουσιαστικά ένας ευθύς επιταχυντής ηλεκτρονίων που εκτοξεύει τις δέσμες του ακριβώς κάτω από τον εξίσου ίδιο επιταχυντή ποζιτρονίων, με τις δέσμες τους να συγκλίνουν μαζί στα μισά της διαδρομής. Η έλλειψη καμπυλότητας θα εξαλείψει τις απώλειες ακτινοβολίας του συγχροτρονίου. Οι επιταχυντές θα μπορούν να αναβαθμίζονται ενεργειακά, καθιστώντας τους μακρύτερους από το πίσω μέρος.

Ιδέες για ένα υψηλής ενέργειας γραμμικό επιταχυντή άρχισαν να εμφανίζονται στη δεκαετία του 1980, και τελικά συγκλίνουν σε δύο έννοιες. Ο ILC, που αναπτύχθηκε από μια παγκόσμια κοινοπραξία εργαστηρίων και πανεπιστημίων, θα είναι περίπου μήκους 30 χλμ. και θα χρησιμοποιήσει την τεχνολογία υπεραγώγιμου επιταχυντή που φτάνει σε ενέργειες της τάξης του 0,5 TeV, με δυνατότητα αναβάθμισης σε 1 TeV. Η ομάδα του ILC πρόκειται σύντομα να δημοσιεύσει μια τεχνική έκθεση σχεδιασμού και το κόστος του έργου που εκτιμάται σήμερα σε 6,7 δισ. δολάρια. Το Compact Linear Collider (CLIC), που προτάθηκε από το CERN, θα μπορούσε να είναι σχεδόν μήκους 50 χλμ, αλλά θα χρησιμοποιούν νέες τεχνικές για την επίτευξη της επιτάχυνσης με ενέργειες από 3 TeV. Το κόστος του CLIC είναι λιγότερο από του ILC του οποίου όμως οι υψηλότερες ενέργειες θα ανοίξουν νέους ορίζοντες στην έρευνα, καθώς και στις μετρήσεις ακριβείας.

Η απόδοση του κάθε σχεδίου έχει μελετηθεί εκτενώς θεωρητικά, αλλά στην πράξη είναι ένα «ανοιχτό ζήτημα», σύμφωνα με Blondel, εκπρόσωπο του MICE. Επισημαίνει δε ότι την απόδοση του Stanford Linear Collider (SLC) στο Menlo Park της Καλιφόρνια, ο οποίος επιτυγχάνει ενέργειες σχεδόν 100 GeV. "Ο SLC τελικά λειτούργησε πολύ καλά, αλλά ποτέ δεν παρήγαγαν την "φωτεινότητα" που ήθελαν. Ήταν μια πολύ δύσκολη μηχανή, και τώρα με το ILC ή CLIC συζητάμε για κάτι που είναι πολύ πιο δύσκολο. "
Παρ 'όλα αυτά, για πολλούς, αν όχι για τους περισσότερους φυσικούς σωματιδίων κάποια μορφή γραμμικού επιταχυντή φαίνεται προκρίνεται. Τον Ιούνιο, η Διεθνής Επιτροπή των Μελλοντικών Επιταχυντών, η οποία εδρεύει στο Fermilab στο Ιλλινόις, έφερε τους ILC και CLIC μαζί κάτω από μια ενιαία μελέτη γραμμικού επιταχυντή, με επικεφαλής τον πρώην διευθυντή του LHC, Lyn Evans. Ο στόχος του είναι να παραδώσει μια πρόταση για ένα ενιαίο γραμμικό επιταχυντή πριν από το τέλος του 2015.
Ένα λογικό σχέδιο, κατά τον Evans, είναι να οικοδομήσουμε ένα γραμμικό επιταχυντή που να ξεκινά από 250 GeV για να εξετάσει το Higgs, και στη συνέχεια να αυξήσει την ενέργειά του κατά στάδια μέχρι να φθάνει τα 500 GeV. Σε αυτό το σημείο θα μπορούσε να παράγει ζεύγη μποζονίων Higgs και να επιτρέψει στους ερευνητές να διερευνήσουν πώς τα Higgs συνδέονται μεταξύ των και επίσης πως αλληλεπιδρούν με το βαρύτερο σωματίδιο της ύλης, το top κουάρκ. Πηγαίνοντας σε υψηλότερες ενέργειες είναι τεχνικά εφικτό, λέει, αλλά απαιτεί περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια (όσο ένας μέσος ηλεκτρικός σταθμός παραγωγής). Στην πράξη, λέει, "Νομίζω ότι ένα ανώτατο όριο ισχύος [στην υποθετικά νέα έδρα] θα είναι η μέγιστη ισχύς, που μπορεί να παρέχεται στην έδρα του CERN, η οποία είναι 300 MW."
Πέρα από την τεχνολογία, το ερώτημα είναι ποιος θα φιλοξενήσει τον επόμενο και πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων επιταχυντή λεπτονίων. Γενικός κανόνας είναι ότι η χώρα υποδοχής βάζει το μισό από το κόστος σε αναμονή μακροπρόθεσμης οικονομικής απόδοσης, λέει ο Φόστερ. Αλλά τώρα δεν είναι μια καλή οικονομική περίοδος ώστε να κάνει κανείς αυτή την υπόθεση, ειδικά για ένα έργο που από πολιτικής πλευράς, δεν έχει βραχυπρόθεσμο όφελος για τους υποψηφίους.

Γενικά

Εάν ένας γραμμικός επιταχυντής πρόκειται να εγκριθεί μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια, λέει ο Evans, που πιθανότατα δεν θα κατασκευαστεί στο CERN. Παρά τον πλούτο του ευρωπαϊκού εργαστηρίου και των τεχνικών και πολιτικών υποδομών, είναι πλήρες με τον LHC, που δεν έχει ακόμα προγραμματιστεί για την επίτευξη του ενεργειακού σχεδιασμό του στα 7 TeV ανά δέσμη μέχρι το 2014 ενώ έχει επίσης προγραμματιστεί να υποβληθεί σε μια αναβάθμιση της φωτεινότητάς του κατά το 2022.«Εγώ θα στοιχημάτιζα ότι η ύψιστη προτεραιότητα της ευρωπαϊκής στρατηγικής είναι να συνεχίσει να εκμεταλλεύεται και να αναβαθμίσει τον LHC," λέει ο John Womersley, διευθύνων σύμβουλος του Συμβουλίου Επιστημονικών   και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων της Βρετανίας, το οποίο ελέγχει τις δαπάνες της χώρας για τη σωματιδιακή φυσική.

Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι επίσης μια πιθανή τοποθεσία για ένα νέο επιταχυντή, λέει ο διευθυντής του Fermilab Pier Oddone, ο οποίος είναι πρόεδρος της Διεθνούς Επιτροπής για το μέλλον των Επιταχυντών. "Κάτι θα πρέπει να αλλάξει δραστικά», λέει. Μετά το κλείσιμο του επιταχυντή Tevatron των 2-TeV στο Fermilab, η ενέργεια πέρασε από τις Ηνωμένες Πολιτείες προς την Ευρώπη. Έτσι, η σημερινή στρατηγική των ΗΠΑ είναι να επικεντρωθεί στην «ένταση στα σύνορα», μελετώντας τις σπάνιες αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων που παράγονται από, για παράδειγμα, έντονες ακτίνες νετρίνων. Και όμως, λέει ο Oddone, "είχαμε μια αρκετά σοβαρή μείωση του προϋπολογισμού στις αρχές του τρέχοντος έτους και είχε προβλήματα προσαρμογής σε μια εγκατάσταση [σε ένα μακροχρόνιο πείραμα νετρίνων] που κοστίζει το ένα δέκατο του ILC". Ο Oddone λέει ότι θα ήταν επίσης "πολύ δύσκολα" αυτή τη στιγμή για τις Ηνωμένες Πολιτείες να συμβάλει πολύ στο να κατασκευαστεί αλλού ένας επιταχυντής λεπτονίων.

Πολλοί παρατηρητές πιστεύουν ότι η πιο σημαντική υποψήφια για να φιλοξενήσει το επόμενο έργο είναι η Ιαπωνία. Μετά από όλα, σημειώνει Evans, η Ιαπωνία έκανε μια σημαντική συμβολή στην LHC στα μέσα της δεκαετίας του 1990, όταν το έργο βρισκόταν κάτω από οικονομική πίεση. «Ίσως ήρθε η ώρα για την Ευρώπη να επιστρέψει την εύνοια" λέει. Η ιαπωνική πρεμιέρα έκανε θετικές αναφορές για το ILC το Δεκέμβριο του 2011, αμέσως μετά τις πρώτες προκαταρκτικές αναγνωρίσεις του νέου μποζονίου που ανακοινώθηκαν. Υπάρχει οσμή από επιπλέον κεφάλαια, επειδή ο νέος επιταχυντής συζητείται ως μέρος ενός ευρύτερου σχεδίου για την οικονομική ενίσχυση προς τις περιοχές που επλήγησαν από το σεισμό του Μάρτη του 2011. Η ιδέα είναι να καταστεί το κέντρο που περιλαμβάνει άλλα ερευνητικά εργαστήρια μιας «παγκόσμιας πόλης» με βιομηχανικές ζώνες και εκπαιδευτικά κέντρα.

Για πολλούς φυσικούς σωματιδίων, το όνειρό τους είναι ο LHC να ερευνήσει τα θέματα υψηλής ενέργειας στην Ευρώπη, πολλά πειράματα νετρίνων να γίνονται στις Ηνωμένες Πολιτείες και ένας νέος επιταχυντής λεπτονίων στην Ιαπωνία για τις λεπτομέρειες όλων των εξωτικών νέων σωματιδίων, που μέχρι στιγμής δεν έχουν γίνει σε συγκρούσεις του LHC. "Θα ήθελα πολύ να δω να πάνε προς αυτή την κατεύθυνση οι χώρες που είναι πίσω από αυτά τα προγράμματα σε κάθε περιοχή», λέει ο Terry Wyatt, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο ο οποίος εργάζεται για τον ανιχνευτή ATLAS στον LHC.
Όπως πάντα στον κόσμο των μεγάλων επιστημών, ωστόσο, το να γίνουν μερικά όνειρα πραγματικότητα είναι ένα ζήτημα το να πουληθούν και σε τρίτους. "Αυτά τα πράγματα θα μπορούσαν πιθανότατα να λυθούν έξω από τη σφαίρα της φυσικής σωματιδίων», λέει ο Oddone. "Θα μπορούσε να είναι ένα τηλεφώνημα μεταξύ ενός προέδρου και ενός πρωθυπουργού που αποφασίζουν."

Πηγή, Nature 30 August 2012

Απόδοση στα ελληνικά, Δημ. Γιάκας