Nagy felfedezéseket tehet a következő években a Nagy Hadronütköztető (LHC), az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) által működtetett részecskegyorsító. A berendezés éppen mélyreható fejlesztéseken esik át, ami biztosítja, hogy az európai szervezet a részecskefizika frontvonalában maradjon. Eközben zajlik a következő gyorsítógyűrű tervezése is, aminek megvalósításáról az évtized végéig kell majd döntenie a szervezet 23 tagállamának, köztük Magyarországnak.

Mark Thomson brit részecskefizikus nemrég megpályázta az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) főigazgatói székét. Az intézmény jelenlegi vezetője, Fabiola Gianotti 10 év után, 2025 végén köszön majd le a pozícióról; utódjáról a CERN tanácsa idén decemberben dönt majd. A Qubitnek adott exkluzív interjújában Thomson a CERN globális és az európai tudományos életben betöltött kiemelt szerepéről, főigazgatói programjáról, a rejtélyes Higgs-bozonról és a titkainak megfejtésére szolgáló fejlesztésekről, valamint az új gyorsító költségei körüli aggályokról beszélt.

Thomson a Cambridge-i Egyetem kísérleti részecskefizikus professzora és a brit kormányzati tudományfinanszírozó ügynökség, az STFC (Science and Technology Facilities Council) vezetője. A szakember, aki évtizedes tapasztalattal rendelkezik nagy tudományos projektek felügyeletében és menedzselésében, a főigazgatói székért folytatott kampánya során meglátogatja a CERN tagállamait. Múlt héten éppen Magyarországon járt, hogy hazai szakemberekkel, köztük a Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársaival egyeztessen a részecskefizikai kutatások centrumának jövőjéről.

Mi teszi a részecskefizikai kutatásokat és a CERN ebben játszott szerepét fontossá a mai világban?

Számomra ez arról szól, hogy a legalapvetőbb szinten megértsük a világegyetemet. Amikor 13 éves voltam, elolvastam egy részecskefizikáról szóló könyvet. Nem volt nagyon jó, de arra sarkalt, hogy megértsem, miként működik az univerzum, mik az alapvető építőelemei, ezek hogyan hatnak kölcsön egymással, és milyen módon hozzák létre azt, amit ma magunk körül látunk. Az olyan helyeken, mint a CERN, a közvetlenül az ősrobbanás utáni körülményeket rekonstruáljuk, amivel elkezdjük megérteni azokat a komplex, részecskék közötti interakciókat, amik végső soron kialakították a jelenlegi világunkat.

A CERN a világ legjobb részecskefizikai laboratóriuma, és az egyetlen, aminek van egy nagy energiájú részecskegyorsítója, a Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC), ami kulcsfontosságú az univerzum működésének megértéséhez. Szerencsések vagyunk, hogy Európáé a vezető szerep a részecskefizikai kutatásokban, ami miatt a CERN egy kritikusan fontos szervezet az európai tudománynak és technológiai iparnak.

Ha megnézzük az elmúlt 30 évet, miként változott, hogy milyen tudományos kérdéseket tudnak feltenni a CERN-ben?

Az egyik dolog, ami az elmúlt 50 évben mindig is feltűnt nekem a részecskefizikában, hogy ha visszatekintünk arra, mit akartak felfedezni az egyes gyorsító projektekkel, és összehasonlítjuk azzal, hogy azok ténylegesen mit fedeztek fel, a kettő általában nem ugyanaz. Tehát olyan dolgokat találunk, amire nem is számítunk. Persze ha az ismeretlent deríted fel, talán nem is arra számítasz, hogy várt dolgokra bukkansz.

Jelenleg nagyon az elején járunk a Nagy Hadronütköztető történetének, amit néhány éven belül még erősebbé teszünk majd. Azt gondolom, hogy a következő több mint 10 évben óriási lehetőség rejlik benne, hogy felfedez dolgokat.

Hogyan változott a CERN mint intézmény az elmúlt néhány évtizedben?

A CERN egy olyan szervezet, ami az infrastruktúrát biztosítja, a részecskegyorsítókat, ami lehetővé teszi a tudományos közösségnek, hogy elvégezzék a munkájukat. A cél az alapvető fizika felderítése, de valójában a CERN munkatársainak többsége mérnök és technikus. Nekik vannak meg az egyedi készségek ennek az elképesztően komplex technológiának a megépítésére. Bizonyos értelemben ez teszi a CERN-t tartósan egyedivé, hogy itt meg van a szakértelem az infrastruktúra megépítésére és üzemeltetésére.

Az alapvető gondolat, nem hiszem, hogy sokat változott de a technológia egyre komplexebbé vált. A legnagyobb változást a jelenlegi gyorsító, az LHC hozta, amelynek működetése sokkal nagyobb kihívást jelent, mint a korábbi ütköztetőké.

Meg tudna osztani néhány példát arra, hogy magyar kutatók és mérnökök miként járultak hozzá az LHC és a CERN sikeréhez?

Magyarországon hosszú tradíciója van a fizika tudományának, különösen az elméleti, alapvető fizikáénak. De amiatt, ahogy a CERN működik, ahol minden kollaboratív, nagyon nehéz egyéni teljesítményeket kiemelni. De a magyar kutatókat hatalmas tisztelet övezi.

Nemrég benyújtotta jelentkezését a CERN főigazgatói posztjára. Elmondaná nekünk, hogy mi a CERN főigazgatójának a feladata, és mi motiválta, hogy jelentkezzen a pozícióra?

A szerepkör háromosztatú. Ki kell jelölni a szervezet [tudományos tevékenységének] stratégiai irányát. Ennek az intézménynek több mint 2500 munkatársa, és több mint egymilliárd svájci frankos költségvetése van, így a pozícióhoz társul egy menedzseri aspektus is. Harmadrészt van egy tudománydiplomáciai rész is, ahol a tagállamokkal kell együtt dolgozni, hogy a szervezet elérje a céljait, de közben az is nagyon fontos, hogy a CERN szolgálja a tagállamokat, azokat, akik a költségvetését biztosítják.

Sok mindenre igaz, hogy a dolgok nem úgy alakulnak, ahogy elterveztük – és ez érvényes a saját karrieremre is. Most egy olyan helyzetben vagyok, hogy összegyűjtöttem minden szükséges tapasztalatot. És szenvedélyes vagyok a tudomány, valamint a CERN iránt.

Miként foglalná össze a CERN főigazgatói programjának prioritásait?

A CERN jelenleg az LHC-t a nagy luminozitású Nagy Hadronütköztetővé (HL-LHC) korszerűsíti. Ez nem egy nagyobb energiájú részecskegyorsító, hanem egy erősebb berendezés, ami lehetővé teszi, hogy nagyobb precizitással és érzékenységgel derítsük fel az ismeretlent. Ennek a nagyon jelentős projektnek a nagyjából határidőn és költségvetésen belüli végrehajtása kiemelt prioritást jelent nekem.

A második, amiről sok szó esik most a CERN-ben, az az, hogy mi jön az LHC után, ami a 2040-es évek elejéig fog működni. Amit nem lenne célszerű csinálni, hogy létrehozzunk egy tág rést, ahol nem történik semmi, és nincs a CERN-nek „flagship” részecskegyorsítója. Nekem az a világos célom, és azt gondolom, ekörül konszenzus alakult ki, hogy felfedeztük a Higgs-bozont – ami furcsa, csodálatos és semmihez nem fogható, amit eddig láttunk az univerzumban –, és most vizsgálni szeretnénk.

A Jövőbeli Gyorsítógyűrű (Future Circular Collider, FCC), egy 91 kilométeres részecskegyorsító fantasztikus berendezés lenne erre. A kihívást ennek a megvalósításában a szükséges erőforrások összehozása jelenti, ami nem olyan egyszerű, de maga a cél megéri. Ha nem döntünk a következő 5-6 évben, nagyon nehéz lesz a CERN-t a részecskefizika élvonalában tartani.

A harmadik prioritás a CERN és a tagállamok közötti kapcsolat megerősítése, és annak biztosítása, hogy minden ország, amely hozzájárul a CERN-hez, vissza is kapja azt, ami neki fontos. Végül pedig nagyon közel áll hozzám, hogy dolgozzunk a szervezeti kultúrán, erősítsük a munkatársaink szerepvállalását, megbízzunk bennük, és foglalkozzunk a nemzeti inkluzivitással is.

Milyenek voltak eddig a tagállamokba tett látogatásai?

Amikor különböző országokba látogatok, beszélek az ottani kutatókkal, és megpróbálom megérteni, hogy ők és maguk az országok miként tekintenek a CERN-re, és milyen prioritásaik vannak, mert végső soron a CERN feladata a szakemberek szolgálata. Számtalan közös nevező és közös kihívás tárult fel.

Meg tudna osztani ezekből néhányat?

Van egy uralkodó érzés, ami úgy fogalmazódik meg, hogy „hogyan néz ki a CERN jövője”? Ez érthető, mert egy olyan fázisban vagyunk, ahol egy jövőbeli projektről beszélünk, de még nem hoztuk meg a döntést a megvalósítására. Ez különösen a fiataloknak és doktorandusz hallgatóknak fontos, akik most kezdik karrierjüket. Nagyon remélem, hogy öt éven belül világos tervünk lesz arra, hogy miként néz majd ki a CERN jövője.

Említette a nagy luminozitású LHC fejlesztést. Ez miként javít majd a gyorsító képességein?

A nagy luminozitású LHC nem az energiaszint, hanem a „fényesség” növeléséről szól, ami azt jelenti, hogy ha egy bizonyos ideig futtatjuk a gyorsítót, akkor több vizsgálatot tudunk lefolytatni, vagyis több lesz az időegységre jutó adat és tudományos információ. Ezt úgy nézem, hogy az LHC által 2041-ig gyűjtendő adatoknak most a 7 százalékával rendelkezünk, ami arányaiban nagyon kis mennyiség.

Nemcsak több adatunk lesz, hanem a fejlesztésen átesett detektoroknak köszönhetően jobb adataink is. Eközben a tudományos közösségnek is nagyobb lett a képzelőereje, és ügyesebbé vált abban, hogy miként használja fel a keletkező adatmennyiséget. És az eszközeink is egyre jobbak lesznek, a mesterséges intelligenciának is jut majd szerep az adatok elemzésében.

Tudna még mesélni a mesterséges intelligencia szerepéről?

A terület, ami engem kifejezetten érdekel a mesterséges intelligencia felhasználásában az az, hogy miként lehetne olyan dolgokat keresni az adatokban, amire nem számítunk. Hogyan lehetne ezt automatizálni? Ez egy nagyon érdekes kihívás.

Mi lesz a nagy luminozitású LHC fő kutatási fókusza?

Nehéz egyetlen kutatási fókuszt megjelölni. A Higgs-bozon tulajdonságainak mérése, és annak meghatározása, hogy tényleg úgy néz-e ki, mint gondoljuk, az egyik aspektus.

Van egy kifejezetten érdekes mérés, amit talán el lehet végezni: annak tanulmányozása, hogy a Higgs miként hat kölcsön önmagával. Ha kilépünk a vákuumba, a Higgs-mező mindig ott van. Ez nem igaz minden más részecskére, ezért ez nagyon furcsa. Az tényleg egy különös koncepció, hogy a Higgs része a vákuumnak, a semminek.

Talán lehetőségünk nyílik arra, hogy elkezdjük kapiskálni, hogy vajon az erről a mechanizmusról [a Higgs önmagával történő kölcsönhatása] meglévő ismereteink helyesek-e. A másik dolog, hogy eközben a részecskefizika összes területével foglalkozunk, precízebben megmérjük majd különböző részecskék jellemzőit és felderítjük az ismeretlent is.

Beszéljünk a Jövőbeli Gyorsítógyűrűről (FCC). Miért a mostani, évtizedeken átívelő, kétszakaszos gyorsítóépítési terv a megfelelő a CERN-nek?

Felfedeztük a Higgs-bozont, és most meg kell ismernünk. Ahhoz, hogy ezt megtegyük, rengeteg Higgs-bozont kell előállítani egy nagyon tiszta környezetben. Erre az elektron-pozitron Jövőbeli Gyorsítógyűrű (FCC-ee) a megfelelő berendezés, és erre alapozva kell érvelnünk az FCC megépítése mellett.

Ha ez megépül, az infrastruktúra egy része, az alagút és az áramellátásért felelős rendszerek további lehetőségeket biztosítanak nekünk a távoli jövőre. Így ha meg akarjuk építeni a nagyon nagy energiájú Jövőbeli Gyorsítógyűrűt (FCC-hh), akkor ezzel [FCC-ee] megtörtént ebbe az irányba az első lépés.

Mit adna egy 100 teraelektronvoltos hadronütköztető (FCC-hh) a kutatóknak, amire a 14 teraelektronvoltos LHC nem képes?

Ha direktben szeretnél új részecskéket létrehozni, olyan dolgokat, amiket korábban nem láttunk, energiára van szükséged, erősebben kell dolgokat összeütköztetni. Ez motiválja ezeknek a felfedezőgépeknek a megépítését, ahol közvetlenül állítasz elő új részecskéket, ott a lehető legnagyobb energiaszinteket akarod elérni.

A német kormány nemrég aggályainak adott hangot a projekt költségei miatt. Ez okozza majd a legnagyobb kihívás, meggyőzni a tagállamokat, hogy az FCC megfizethető?

Azt gondolom, az egy teljesen ésszerű felvetés a német kollégáinktól, hogy a költségek túl nagyok. A tagállamoknak kell majd egy közös konszenzust kialakítani, a CERN vezetésének pedig le kell tennie az asztalra egy realisztikus pénzügyi tervet, ami megmondja, hogy mik a tényleges költségek.

Hogy megfizethető-e? Ez szerintem a lényegi kérdés. Én azt gondolom, hogy valószínűleg igen, de kihívást fog okozni, és meglehetősen fürge manőverezést igényel majd. Nem az van, hogy öt-hat CERN-t építünk a világ körül, csak egy van. Tehát bár ez egy nagy befektetés, egyben egy egyedi befektetés is. Nagy számokról van szó, de az összeg sok ország között oszlik meg, nagyon hosszú időtávon keresztül.

A Nature nemrég arról írt, hogy Kína 2027-ben megkezdheti egy 100 kilométeres gyorsító építését. Hogyan érintené ez az FCC-t?

Én ezt onnan közelíteném meg, hogy az 1990-es évek elején két nagy gyorsítóprojektet javasoltak, az egyik volt a Nagy Hadronütköztető, a másik pedig az Egyesült Államokban a Szupravezető Szupergyorsító (SSC), ami akkor úgy volt, hogy megvalósul [az amerikai kongresszus 1993-ban leállította a projektet]. Európa mondhatta volna azt, hogy rendben, hagyjuk az egészet az Egyesült Államokra. Jól döntöttünk akkor Európában, hogy legyen egy világos tervünk, és tartsuk magunkat hozzá.

Most lehet, hogy ismét egy nagyon hasonló szituációban vagyunk, mivel pillanatnyilag még nem született döntés a kínai projekt megvalósításáról. A CERN-nek továbbá nagy előnyt jelent 70 éves tapasztalata, amit ezeknek az egyáltalán nem egyszerű berendezéseknek a megépítése és működtetése során gyűjtött. Az egyetlen, amiben teljesen biztos vagyok, hogy ha a CERN építi meg a jövőbeli gyorsítógyűrűt, akkor a várakozásoknak megfelelően fog működni, vagy még jobban. Ezt egy zöldmezős beruházásként, nulláról indulva megcsinálni, az elég nehéz. Európának valódi globális vezető szerepe van ezen a területen, és ezt nem szabad feladni.

Említette, hogy az ismeretlent derítik fel. Mennyire nehéz ebben az esetben egy ilyen projekt társadalmi előnyei mellett érvelni?

Az ismeretlen felderítésének szerintem kulturális értéke van. Azt gondolom, hogy abszolút tragédia lenne, ha az emberiség felhagyna azzal a küldetésével, hogy megérti az ismeretlent. Mindig toljuk előre a technológia határait. A kulcs az, hogy amint meg vannak ezek a technológiák, biztosítsuk, hogy ezek más területeken is hasznosulni tudjanak, és tényleg tegyük lehetővé a tagállamoknak és másoknak, hogy kihasználják azok gazdasági vagy társadalomnak biztosított előnyeit.

Mi az, amit a legjobban vár abban az esetben, ha 2026-tól ön lesz a CERN főigazgatója?

Amit a leginkább várok, ha megválasztanak a CERN főigazgatójává, az az egyfajta visszatérés a gyökereimhez, hogy tényleg újra csak a részecskefizikára tudjak koncentrálni.