»Et stort bæst«: CERN planlægger næste version af verdens største maskine

175 meter under jorden i Schweiz gemmer der sig et af den moderne verdens største teknologiske vidundere.

En 27 kilometer lang ringformet maskine som for længst har accelereret vores viden og indsigt i partikelfysikken – og dermed i verden omkring os.

Alene opførelsen af den kæmpemæssige accelerator, kaldet Large Hadron Collider (LHC), har krævet samarbejde mellem 10.000 forskere og ingeniører og er blevet kaldt for vor tids opførelse af pyramiderne i Egypten.

Men selvom det kun er syv år siden, at det underjordiske partikelvidunder blev taget i brug, er forskerne allerede nu i gang med at planlægge, hvem der skal være dens arvtager.

»Favoritten set fra vores synspunkt er en proton-maskine, som er cirka fire gange større end LHC. Omkring 100 kilometer i omkreds. Så det vil være et rigtig stort bæst,« siger Paul Collier, som er leder af strålingsafdelingen ved forskningsinstitutionen CERN, som huser LHC.

\ Læs mere

De 5 største opdagelser fra CERNs første 60 år

Skal åbne døren til et ukendt univers

Det ‘store bæst’ bærer mere rettelig navnet ‘Future Circular Collider’. Hvis bæstet en dag bliver realiseret og vækket til live, vil det kunne kollidere partikler ved ekstremt høje energier – vi snakker 100 teraelektronvolt eller deromkring (tera betyder en billion).

Håbet er, at de voldsomme kræfter kan åbne et vindue til en fuldstændig ukendt del af universet.

»Sagen er, at det kun er cirka fem procent af universet, som består af det almindelige stof, vi kender til. 95 procent af universet kender vi ikke. Vi aner altså ikke, hvad det er for en type stof, størstedelen af universet består af. Men måske vil man kunne løfte lidt af sløret for det med en ny og større LHC,« siger Søren Pape Møller, som er centerleder og acceleratorekspert ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

De mørklagte dele af universet, som forskerne fantaserer om at få indsigt i, bliver også kaldt for mørkt stof og mørk energi.

Gigantisk maskine kræver planlægning

Det kan måske lyde en smule grådigt, at fysikerne allerede nu drømmer om en ny og endnu større maskine. Men ifølge Paul Collier drejer det sig om rettidig omhu og planlægning, når fysikerne tænker på fremtidens accelerator.

»Jeg kan godt forstå, hvis det lyder mærkeligt, at vi tænker på den næste maskine samtidig med, at vi er i fuld gang med at bruge LHC. Men det tager lang tid at designe og bygge en maskine, som er så kompliceret som LHC, og uanset hvad vil den næste maskine være endnu mere kompliceret,« siger Paul Collier.

Til sammenligning forklarer han, at de første tanker om LHC blev født i 1983. Først i 2010 var det gigantiske maskineri færdigbygget og klar til brug.

»Vi vil køre med LHC frem til omkring 2040’erne eller deromkring. Så hvis vi vil være klar med et nyt projekt i 2030’erne, er vi nødt til at begynde at designe det nu,« siger Paul Collier.

Planen er, at ‘Future Circular Collider’ skal være en ringformet accelerator ligesom LHC. Inde i ‘Future Circular Collider’ vil man også kunne skyde små partikler – protoner – op til næsten lysets hastighed og studere, hvad der sker, når protonerne tørner sammen. I LHC har sådanne proton-sammenstød mest bemærkelsesværdigt ført til opdagelsen af Higgs-partiklen i 2012 (se faktaboks).

Men hvad vil vi så opdage, hvis Future Circular Collider bliver til virkelighed?

Så vilde er kræfterne i verdens største maskine

»Ingen kan sige med sikkerhed, hvad vi vil møde ved endnu større energier. Der er mange ting, vi ikke har forstået i partikelfysikken endnu. Hvad, det nye er, bliver spændende. Man skal ikke bygge så stor en maskine, hvis ikke man tror, man møder noget nyt,« siger Søren Pape Møller fra Aarhus Universitet.

Den såkaldte standardmodel er i øjeblikket fysikernes bedste bud på, hvordan verden er skruet sammen, og hvilke partikler der findes. Men modellen kan langt fra forklare alt i universet.

»Vi ved, at noget i standardmodellen vil bryde sammen, efterhånden som vi arbejder os op på højere energiskalaer. Men vi ved stadig ikke, præcis hvor det vil ske. Vi håber stadig, at det vil være inden for LHC’s rækkevidde at afsløre det. Den slags fænomener, vi kigger efter, er meget sjældne. Hvis vi får en ny maskine, vil den være meget bedre i stand til at se, hvad det er og samtidig følge det op til højere energiskalaer,« forklarer Paul Collier.

For at forstå, hvilke energier der er tale om, kan man sammenligne partiklerne, som farer rundt inden i LHC, med de franske højhastighedstog TGV.

»Man kan forestille sig, at partikelstrålen i LHC er et stort fransk TGV-tog, som kører med 500 km/t. Forestil dig sådan et tog brage ind i et andet TGV-tog med tilsvarende hastighed. Så stor er energien i LHC. Når den nye maskine står klar, kan du gange det hele med en faktor 100. Det er den slags kræfter og energi, vi taler om,« fortæller Søren Pape Møller.

\ Læs mere

Mulig CERN-opdagelse kan føre til teori om alting

Tevatron fandt aldrig Higgs

Indtil videre har historien vist, at det betaler sig at tænke større og større og vildere og vildere energier. Den amerikansk baserede accelerator Tevatron, som var verdens kraftigste, indtil LHC kom på banen, jagtede også Higgs-partiklen, men nåede aldrig i mål.

»Tevatron kørte grundlæggende med en energi på én teraelektronvolt per stråle. Vi kører med syv gange så stor en energi med LHC.«

»De toppartikler, som de formåede at opdage med Tevatron i løbet af 25 år, er i dag blevet en slags rutinepartikler, som vi kan studere i detaljen. De nåede aldrig at se Higgs med Tevatron, fordi den simpelthen ikke lå helt inden for maskinens rækkevidde,« siger Paul Collier.

Tankerne om den næste, endnu kraftigere accelerator er født som en del af en større europæisk forskningsstrategi – Europæisk Strategi for Partikelfysik fra 2013.

Ifølge strategien skal forskerne fra CERN udføre teoretiske studier af, hvordan fremtidens arvtager efter LHC kan udformes.

Måske bliver arvtageren CLIC

Ud over ‘Future Circular Collider’ arbejder en forskningsgruppe også på en helt anden type arvtager kaldet ‘The Compact Linear Collider’ – eller bare CLIC.

Frem for at være cirkelformet vil CLIC være en lineær accelerator, hvor partiklerne bliver sendt op i fart i en lige bane.

CLIC vil også arbejde med en anden type af partikler end protonerne, som vi kender fra LHC og Future Circular Collider.

I CLIC vil der være tale om sammenstød mellem elektroner (negativt ladede partikler) og positroner (elektronens antipartikel – det vil sige dens positive tvillingepartikel).

»Future Circular Collider og CLIC bruger forskellige teknikker, forskellige mekanismer og har lidt forskellige formål. Vi skal præsentere de to acceleratorer som potentielle faciliteter, og så er det op til fysikken, videnskaben og de finansierende organer at bestemme, hvilken en af de to maskiner der måske bliver til virkelighed i fremtiden,« siger Paul Collier.

Der er tale om et enten eller – det bliver ikke både CLIC og Future Circular Collider?

»Vi snakker om meget dyre maskiner. Jeg tror ikke, der kan blive råd til begge dele, hvis jeg skal være ærlig.«

Hvilken prisklasse snakker vi, når du siger meget dyre maskiner?

»Du bliver nødt til at vente, til vi fremlægger studierne i 2019 for at få svar på det,« siger Paul Collier.

\ Læs mere

CERN’s antistoffabrik kan give os svar på de dybere spørgsmål

Hvad koster gigamaskiner?

For at få en ide om prisklassen kostede opførelsen af LHC omkring 31 milliarder kroner. Acceleratoren er betalt af lande, som er medlem af CERN, herunder Danmark, som i dag står for 1,6 procent af bidragene til CERN. Herudover spytter 21 andre medlemslande penge i kassen.

»Man kan selvfølgelig spørge sig selv, om LHC var en god investering. Det, vi får ud af den, er ikke noget, der er direkte praktisk anvendeligt. Det er ikke noget, som er kommet hr. og fru Jensen til gavn i hverdagen. LHC har måske kostet en krone eller to per menneske på kloden. Er det meget eller lidt? Måske kunne vi have brugt pengene på at brødføde en befolkning i stedet. LHC laver luksusfysik. Vi får meget basal viden ud af den, men ikke noget, som kommer dagligdagen ved. Men det gør os klogere,« siger Søren Pape Møller.

Han understreger dog, at der er chance for, at den fundamentale nye viden, vi får ud af luksusfysikken, kan føre til nye opfindelser, som i sidste ende kommer til at gavne det berømte ægtepar, hr. og fru Jensen.

»Noget andet, vi får ud af store forskningsprojekter som LHC, er, at det er med til at drive teknologien fremad. Et spinoff fra den viden, vi har fra LHC og andre forskningsacceleratorer, er for eksempel, at vi laver nye kræftkanoner som dem, der er ved at blive bygget i Skejby i øjeblikket,« siger Søren Pape Møller med henvisning til strålekanoner, som kan dræbe kræftknuder ved at beskyde dem med partikler (læs mere her).

»Det presser den teknologiske udvikling til det yderste, når der investeres i store projekter, hvor man er nødt til at tænke vildt.«

\ Læs mere

CERN bag facaden: Se de unikke billeder