CERN kończy dziś 70 lat. Wkrótce wybierze nowego szefa

"Badania naukowe na najwyższym poziomie wymagają poważnych inwestycji, ale nie dają gwarancji wyniku. To, że nie wiemy, co odkryjemy jest istotą badań" - mówi RMF FM prof. Mark Thomson. Fizyk cząstek z Uniwersytetu Cambridge został oficjalnie zgłoszony przez Wielką Brytanię jako kandydat na nowego Dyrektora Generalnego CERN. W siedzibie Wielkiego Zderzacza Hadronów, gdzie odkryto słynną cząstkę Higgsa, prawdopodobnie wkrótce rozpocznie się budowa jeszcze potężniejszego urządzenia. Prof. Thomson w rozmowie z Grzegorzem Jasińskim z RMF FM przypomina, że badania w dziedzinie cząstek elementarnych przydają się także innym dziedzinom nauki, na przykład biologii. Pozwoliły m.in. innymi na przełom w badaniach i rozumieniu funkcji białek, co ma kluczowe znaczenie dla pracy nad nowymi lekami.

Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN obchodzi dziś swoje 70-lecie. Równocześnie trwa proces wyboru nowego Dyrektora Generalnego CERN, który zastąpi na tym stanowisku kończącą drugą kadencję Włoszkę, dr Fabiolę Gianotti. Procedura wyboru przez kraje członkowskie CERN, w tym Polskę, zakończy się jesienią. Do tego czasu nie ujawnia się pełnej listy kandydatów. Prof. Mark Thomson jest jedyną osobą, której kandydaturę zgłoszono oficjalnie. W rozmowie z Grzegorzem Jasińskim przedstawia zasadnicze elementy swoich planów dotyczących CERN, przekonuje, że budowa nowego zderzacza, określanego jako Future Circular Collider (FCC) to inwestycja na następnych ponad 50 lat.

Grzegorz Jasiński: Ubiega się pan o stanowisko Dyrektora Generalnego CERN. To ogromna odpowiedzialność. Więc prawdopodobnie ma pan plan i zaczyna kampanię, aby zostać dyrektorem generalnym. Proszę więc pozwolić, że zacznę od pytania o wizję rozwoju CERN, jaką zamierza pan przedstawić.

Prof. Mark Thomson: CERN jest dla mnie niezwykle ważny. Tak naprawdę na świecie jest tylko jedna organizacja taka jak CERN. To miejsce, gdzie świat spotyka się, aby badać wszechświat. Dalszy sukces CERN jest dla nauki niezbędny i z oczywistych względów bardzo mi na tym zależy. Naukowo obecnie CERN ma trzy główne priorytety.

Pierwszy - prowadzimy poważną modernizację Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Określamy to jako Wielki Zderzacz Hadronów o wysokiej świetlności HL-LHC). To będzie urządzenie, które będzie działać w latach 30. XXI wieku, umożliwiając odkrycia na szczytowym poziomie współczesnej nauki. To naprawdę ekscytujące. Kiedy budujesz nowy projekt, absolutnym priorytetem jest jego ukończenie na czas, zgodnie z harmonogramem, uruchomienie go i wprowadzenie tego naprawdę ekscytującego programu naukowego do działania.

Drugi priorytet wiąże się z obserwacją, że wszystkie duże projekty w fizyce cząstek wymagają dużo planowania, 20 lat planowania, zanim faktycznie masz szansę nacisnąć odpowiedni przycisk, aby go włączyć. A teraz jest czas, kiedy zbliżamy się do potrzeby podjęcia decyzji, co się stanie po Wielkim Zderzaczu Hadronów. I opcja, która jest obecnie na stole, która jest preferowaną opcją, to coś, co nazywa się Future Circular Collider (FCC - Przyszły Zderzacz Kołowy). Wrócę do tego za chwilę. Ale powinienem też powiedzieć o kolejnym priorytecie, który jest naprawdę ważny dla CERN. CERN to nie tylko wielkie narzędzie badawcze, jakim jest LHC. Przez 70 lat CERN zbudował cały kompleks akceleratorów, które wzajemnie się zasilają. I z pomocą tych urządzeń wykonujemy naprawdę interesujące badania naukowe. To niekoniecznie fizyka cząstek lub fizyka zderzaczy, to choćby bardzo ważny projekt badawczy z zakresu fizyki jądrowej, zwany ISOLDE. Jedną z rzeczy, którymi musimy się zajmować równolegle z myśleniem o dużych projektach zderzaczy, jest opracowanie długoterminowej wizji tego, jak te programy niezwiązane ze zderzaczami mają wyglądać. Musimy o tym pamiętać niezależnie od wizji Future Circular Collider i tego co dalej.

Plan budowy urządzenia Future Circular Collider jest niezwykle ważny, ponieważ to dużo pieniędzy do wydania. Pan opowiada się za realizacją tego projektu. Jaka jest pańska wizja tego konkretnego planu w CERN?

Powód, dla którego Future Circular Collider ma tak duże znaczenie i jest tak ekscytujący, jest taki, że w 2012 roku odkryliśmy tę nową cząstkę, bozon Higgsa. To było naprawdę niezwykłe odkrycie. I czasami myślę, że zapominamy, jak ważne to było. To nie jest tylko kolejna cząstka. To zupełnie inny rodzaj materii. Rodzaj materii, którego nigdy wcześniej nie widzieliśmy. I jest bardzo szczególny, ponieważ bez bozonu Higgsa nic wokół nas we wszechświecie nie wyglądałoby tak, jak wygląda dzisiaj. Na przykład wszystkie cząstki nie miałyby masy. To byłoby bardzo złe dla ludzi. Wszystko z czego się składamy rozleciałoby się z prędkością światła. I to nie byłoby też bardzo dobre dla Wszechświata. Więc to naprawdę jest bardzo dziwne i bardzo ważne.

I jest, powiedziałbym, konsensus w fizyce cząstek, że odkryliśmy coś zupełnie nowego, unikatowego. Teraz musimy to zbadać, naprawdę zacząć odkrywać, rozumieć, co to jest. I to tak naprawdę jest celem następnego projektu. Future Circular Collider, a dokładnie jego pierwsze wcielenie, będzie w zasadzie taką fabryką bozonów Higgsa. Tworzysz wiele, wiele tych bozonów Higgsa w bardzo sterylnym środowisku eksperymentalnym i dokonujesz pomiarów.

Dlaczego to ma być właśnie ten Future Circular Collider? To jest projekt bardzo ambitny, kosztowny, ale jest najlepszym urządzeniem z pomocą którego można prowadzić takie badania naukowe. I myślę, że musimy być ambitni w CERN, by stworzyć najlepszą maszynę do uprawiania najlepszej nauki. Dlatego myślę, że musimy wykorzystać wszelkie szanse i znaleźć sposoby finansowania, by faktycznie zrealizować ten wspaniały projekt, który naprawdę umożliwi prowadzenie wspaniałych badań naukowych przez następnych 50 lat. To taka skala czasowa. Dokonujemy inwestycji na następnych ponad 50 lat.

Oczywiście, odkrycie bozonu Higgsa było bardzo popularne w opinii publicznej. To był wielki projekt, miał wielką reklamę. Ale zdaniem niektórych od tego czasu niewiele się w CERN wydarzyło. I oczywiście wiem, że przeprowadzono wiele badań, ale nie były one tak głośne dla opinii publicznej. Więc jaki jest pański sposób na przekonanie opinii publicznej, że te pieniądze - na poziomie 15 miliardów franków szwajcarskich - warto na ten nowy projekt wydać?

Myślę, że to dość złożona sprawa. Od odkrycia bozonu Higgsa w CERN wykonano ogromną ilość badań naukowych. Ale oczywiście takie odkrycie zupełnie nowego rodzaju materii to jest doświadczenie raz na pokolenie lub może raz na całe życie. To nie jest coś, co zdarza się bardzo często. I nauka w większości przypadków postępuje sekwencyjnie. Odkrywasz coś, uczysz się, rozumiesz to coraz lepiej, a potem badasz dalej, eksplorujesz. I to jest to, co robimy teraz z Wielkim Zderzaczem Hadronów. Naprawdę eksplorujemy wszechświat i możemy coś odkryć. Nie wiemy tego na pewno, ale możemy coś odkryć. I to jest cały sens eksploracji. Naprawdę nie wiemy, jaki będzie rezultat. Myślę, że jest ogromna szansa w CERN na znalezienie czegoś z pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów. W rzeczywistości jesteśmy wciąż na samym początku tej historii, jeśli chodzi o ilość danych zebranych w Wielkim Zderzaczu Hadronów, prawdopodobnie zebraliśmy mniej niż 10 procent. Więc to naprawdę ekscytujące.

A jeśli chodzi o kwestię wizerunku w opinii publicznej, po pierwsze musimy powtarzać, jak ekscytujące było odkrycie bozonu Higgsa. I czasami myślę, że to jest zapominane, ponieważ to było dawno temu. Druga sprawa to zainteresowanie, ekscytacja samą nauką. Zrozumienie, jak działa wszechświat, jest czymś, co było ważne dla ludzkości przez tysiąclecia. I to jest to, co robimy. Kontynuujemy tę podróż, aby spróbować zrozumieć, jak działa wszechświat. Inną rzeczą, którą musimy może bardziej wyraźnie komunikować, jest to, jak w sumie dziwnym miejscem jest wszechświat. Ma naprawdę bardzo dziwne właściwości. Cząstki nie mają rozmiaru. W pewnym sensie nie mają masy. Ale bozon Higgsa jakoś to koryguje. Więc to jest naprawdę ekscytujące. Niektóre aspekty nauki są dość skomplikowane i myślę, że to sprawia, że jest to trudne. Pewne aspekty są bardziej namacalne i jest nieco łatwiej. Na przykład wiemy, że istnieje gdzieś ciemna materia, materia, która nie oddziałuje w sposób, w jaki inne masy to robią. Więc myślę, że potrzebne jest poczucie, że to, co robimy, to kontynuacja poszukiwań, które ludzkość prowadziła, by zrozumieć wszechświat. To jest bardzo istotne podejście, które musimy bardziej wykorzystywać.

Kolejna sprawa, co do której musimy być w pełni szczerzy to fakt, że jeśli chcemy prowadzić badania naukowe na absolutnie szczytowym poziomie, pracujemy blisko tego, co "niemożliwe". Zadajemy sobie bardzo trudne pytania i prawdopodobnie potrzebujemy nowej technologii, by na nie odpowiedzieć. Tej technologii nie mamy i musimy ją zbudować. Jeśli chcemy pracować blisko tej granicy niemożliwego, musimy ruszyć naprzód z tą technologią. I to ta technologia potem zmienia nasze życie. Możemy tego nie widzieć od razu, nie widzieć w ciągu 10-20 lat, ale to w końcu się dzieje. Jest wiele przykładów. Na przykład ogólna teoria względności, opracowana przez Alberta Einsteina ponad 100 lat temu, bardzo techniczna, bardzo skomplikowana, w tamtych czasach kompletnie pozbawiona praktycznych aplikacji. Ale dziś wasze smartfony, urządzenia GPS całkowicie opierają swoje działanie na zrozumieniu tej teorii. To była po prostu podróż trwająca 100 lat.

A teraz z kolei, jeśli odnosimy się do tego co robimy w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych, zarówno od strony akceleratorów, jak i detektorów, to to poważnie zmienia nasz sposób prowadzenia badań biologicznych. Zwracam uwagę na wykorzystanie nowych dużych synchrotronów, dobrym przykładem jest Solaris w Krakowie, a także rozwój technologii kriomikrospkopii elektronowej. To osiągnięcia wywodzące się z fizyki cząstek elementarnych, które teraz pozwalają nam obrazować białka i lepiej rozumieć, jak one działają. To z kolei ma kluczowe znaczenie dla tworzenia nowych leków. W ten sposób narzędzia do badań biologicznych wywodzą się z fizyki cząstek. I mają istotny wpływ na zmiany w życiu ludzi. Nie zawsze da się takie bezpośrednie połączenie znaleźć, ale gdybyśmy nie prowadzili badań w fizyce cząstek, nie mielibyśmy tych synchrotronów, gdybyśmy nie rozwijali konkretnego rodzaju czujników, nie mielibyśmy kriomikroskopii elektronowej. Czasami to jest długa podróż. Ale zmiany, które napędzamy, rozwijając technologię w eksperymentach fizyki cząstek, mają potem ogromny wpływ.

Najlepsza nauka rodzi się we współpracy między różnymi laboratoriami, a CERN jest jednym z największych, jakie mamy. Ale mamy inne, jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna czy LIGO do badania fal grawitacyjnych. Ale czasami, i widzieliśmy to podczas lądowania na Księżycu, konkurencja bywa jeszcze ważniejsza. Co pan myśli o współpracy z różnymi laboratoriami i konkurencji z nimi? I oczywiście z powodu wojny na Ukrainie przerwaliście współpracę z Rosją. To jest jasne i zrozumiałe. A co z współpracą ze Stanami Zjednoczonymi i może konkurencją z Chinami, które mówią o możliwym nowym zderzaczu tam? Nowym, bardziej potężnym...

Tak. To bardzo, bardzo interesujące pytanie. Zacznę od części dotyczącej współpracy, która moim zdaniem jest niesamowicie ważna. Jak już wspominaliśmy, następny projekt w fizyce cząstek nie jest tanim projektem. Jest dość kosztowny. Moim zdaniem, w kontekście globalnym, fakt, że obecnie istnieje tylko jedna organizacja taka jak CERN, jest naprawdę ważny. Więc świat przychodzi i inwestuje zasoby w jedno miejsce, gdzie można to zrobić. Więc to naprawdę dobry przykład współpracy i koordynacji. I tak to było przez ostatnie dziesięć lat, szczególnie między USA, Japonią i CERN. Decyzje zostały podjęte jakiś czas temu, że na przykład CERN nie będzie się zajmować się fizyką neutrin, ale skoncentruje się na fizyce zderzaczy. Powstał globalny program optymalizacji zasobów. Więc to się dzieje. I myślę, że musimy to robić, właśnie ze względu na koszty tych bardzo, bardzo dużych projektów.

Teraz sprawa konkurencji. To naprawdę interesujące pytanie. Wracając do wyścigu na Księżyc, napędzały go nie względy naukowe, ale geopolityczne. I to może nie być najbardziej właściwy sposób rozwijania nauki na najwyższym poziomie w obecnych warunkach. Kwestia Chin jest oczywiście bardzo złożona. I ostatecznie myślę, że to pytanie polityczne, a nie naukowe. I to jest wyzwanie, z którym zawsze się spotykamy. Nie jest dla mnie jasne, czy w tych bardzo dużych projektach zderzaczy - nawet jeśli chcielibyśmy mieć 2 lub 3 z nich - jest to słuszne na poziomie globalnym, biorąc pod uwagę obecną sytuację ekonomiczną. Nie sądzę, by było to dla nauki konieczne. Natomiast współpraca jest konieczna dla tego, by móc prowadzić badania naukowe na najwyższym poziomie.

Chciałbym zapytać teraz o bardzo popularny temat w tej chwili, o sztuczną inteligencję. Jakie jest pana zdanie na temat tego, czy pomoże ona nauce, fizyce cząstek? Czy pomoże przygotować się do nowych odkryć? A może pomoże dokonać nowych odkryć? Wiemy, że CERN produkuje ogromną ilość danych, może analiza tych danych to dobry sposób na wykorzystanie sztucznej inteligencji?

Tak naprawdę to dzieje się od lat 90. Nie nazywaliśmy tego wtedy sztuczną inteligencją. Nazywaliśmy to uczeniem maszynowym. Powiedziałbym, że eksperymentalni fizycy cząstek byli jednymi z pierwszych, którzy przyjęli techniki uczenia maszynowego w latach 90. Kiedy byłem stypendystą badawczym w CERN, zaczęliśmy używać tych nowych technik, ponieważ wiedzieliśmy, że są lepsze niż tradycyjne techniki. A fizycy zawsze chcą najlepszych narzędzi, najlepszego zestawu narzędzi do robienia najlepszej nauki. Więc to dzieje się od lat 90.

Teraz oczywiście sztuczna inteligencja to krok naprzód. To zupełnie inny poziom. I zawsze jestem zdumiony, kiedy rozmawiam z młodymi badaczami w CERN, i pytam ich o to, nad czym pracują. Powiedziałbym, że co najmniej w 50 procent przypadków mówią mi, że pracują nad wykorzystaniem sztucznej inteligencji, aby robić lepiej to lub tamto. Niektóre z postępów, które są dokonywane przy użyciu sztucznej inteligencji to identyfikowanie określonych typów cech w danych, co jest bardzo obiecujące, czy to używanie sztucznej inteligencji do robienia czegoś, co jest bardzo trudne do zrobienia ręcznie, wzięcie bardzo dużego zestawu danych i następnie spojrzenie na te dane, zadanie sobie pytania, czy jest tam coś, czego się nie spodziewamy, coś dziwnego. To sposób prowadzenia prawdziwych poszukiwań nowej fizyki, której się nie spodziewamy. Nasi badacze aktywnie nad tym pracują, szczególnie młodzi ludzie stawiają na to duży nacisk. I to przynosi naprawdę poważny postęp w technikach analizy danych.

Byłem niedawno na dużej międzynarodowej konferencji, konferencji fizyki cząstek w Pradze. Postępy, jakie badacze poczynili w poprawie sposobu identyfikacji kwarków, które są cięższe od innych kwarków wewnątrz Wielkiego Zderzacza Hadronów, są niesamowicie imponujące. To jest naprawdę niemal niewiarygodnie dobre. Więc tak, to jest bardzo potężne narzędzie. I ma pan rację, zwracając uwagę na to, że ilość danych, które uzyskujemy w Wielkim Zderzaczu Hadronów jest ogromna, a z kolei sztuczna inteligencja bez danych jest niczym. Ona naprawdę opiera się na tych dużych zbiorach danych. Więc fizyka cząstek jest naprawdę idealnym zastosowaniem, czy też idealnym obszarem, gdzie można sztuczną inteligencję wykorzystać. Mamy bardzo, bardzo dużo danych. Są one również bardzo bezpieczne. To nie tak, jak w przypadku danych medycznych, czy biologicznych. Z natury rzeczy, zastosowanie sztucznej inteligencji do naszych danych nie niesie ze sobą żadnego innego ryzyka. Więc absolutnie to się dzieje i jest to bardzo, bardzo ekscytujące.

Myśli pan o używaniu tylko technologii sztucznej inteligencji, stworzonej przez innych, czy jak to było z internetem, czy z siecią Grid, CERN powinien włączyć się w prace nad sztuczną inteligencją?

To się do pewnego stopnia dzieje. Nie sądzę, by CERN miał konkurować z takimi dużymi firmami, które rozwijają nowe techniki AI. Również pod względem zasobów, zarówno ludzkich, jak i komputerowych, byłoby to bardzo, bardzo duże wyzwanie. Naukowcy, fizycy, nie tylko w CERN, ale i gdzie indziej, są bardzo dobrzy w przejmowaniu technik sztucznej inteligencji i stosowaniu ich w różny sposób, w bardzo specyficzny sposób. Więc chodzi o to, aby wyciągnąć to, co najlepsze z dostępnego zestawu narzędzi. I na przykład modele głębokiego uczenia, to są tylko zestawy narzędzi i nadal potrzebują dodatkowego przebłysku wyobraźni, aby wymyślić, jak użyć tego zestawu narzędzi w najlepszym celu. I tu myślę, że fizycy są naprawdę dobrzy.

A mówiąc o wyobraźni, chciałbym zapytać, czy rozważa pan jakieś nowe możliwości oddziaływania na młodych ludzi, nawet dzieci, ich inspiracji? Opowieści o małych cząstkach mogą być bardzo interesujące dla młodych ludzi. Może CERN mógłby uczestniczyć w tworzeniu jakiejś gry online, która dotarłaby do każdego miejsca na świecie i inspirowała młodych ludzi do myślenia o nauce. Co pan o tym myśli?

Widzimy to we wszystkich krajach, nie tylko w Europie, ale na całym świecie, że zainteresowanie młodych ludzi, uczniów nauką od wczesnego wieku jest naprawdę bardzo ważne. CERN ma fantastyczny program publicznego zaangażowania, kontaktu z publicznością. W zeszłym roku otworzyliśmy Science Gateway. To jednak budynek w samym CERN, co utrudnia ludziom odwiedzanie, bo trzeba tam trafić osobiście. Ale o wiele więcej młodych ludzi może teraz odwiedzić CERN, więc myślę, że to świetna inicjatywa.

Pytanie dotyczące ekscytującej obecności online, czy to w postaci gier online tematycznie związanych z fizyką cząstek, to naprawdę dobre pytanie. To może być wyzwanie, ale warto o tym pomyśleć. Wyzwanie oczywiście, polega na tym, czy gra komputerowa na temat cząstek może być tak ekscytująca jak Assassin's Creed, Grand Theft Auto, czy FIFA, która była moją ulubioną grą. To byłoby trudne, ale to interesujący pomysł, ponieważ dodatkową wartością aktywności online jest to, że można dotrzeć do znacznie większej liczby osób. To potencjał, by dotrzeć do wielu, wielu ludzi. Nie mam dobrej odpowiedzi na to pytanie, ale myślę, że to interesująca koncepcja.

Proszę pozwolić na ostatnie już, bardziej prywatne pytanie do pana jako jako naukowca i autora bardzo popularnego podręcznika o fizyce cząstek ("Współczesna fizyka cząstek"). Co w tych planach naukowych CERN jest dla pana osobiście najbardziej interesujące jako naukowca, czego sam chciałby się pan dowiedzieć, odkryć?

Tak wiele rzeczy. Ostatnio prowadziłem wykłady na temat Modelu Standardowego. Mamy ten wspaniały model fizyki cząstek elementarnych. On świetnie się sprawdza. Ale z drugiej strony mamy świadomość, że bardzo wielu rzeczy jeszcze nie wiemy, nie rozumiemy. Co dla mnie osobiście byłoby najważniejsze? Pytania o ciemną materię. Wiemy, że ona istnieje, ale nie jest elementem naszego obecnego obrazu fizyki cząstek. Ale wiemy, że istnieje. To mogą być bardzo masywne cząstki, albo kompletnie nowy rodzaj lekkich cząstek. Wiele eksperymentów próbuje to wyjaśnić. W CERN, w Wielkim Zderzaczu Hadronów poszukujemy ciemnej materii w zderzeniach, ale na świecie prowadzone są też inne eksperymenty. Więc myślę, że naprawdę zrozumienie natury ciemnej materii, byłoby dla mnie numerem jeden. To byłoby prawdopodobne najważniejsze odkrycie w nadchodzącej dekadzie.

Dla mnie osobiście sprawą, którą naprawdę chciałbym zrozumieć lepiej, są wzorce mas cząstek. Mamy 12 fundamentalnych cząstek. Wszystkie mają bardzo różne masy, od bardzo, bardzo małych po elektron i aż po bardzo, bardzo ciężkie cząstki. Nie mamy pojęcia, dlaczego mają różne masy. Absolutnie nic nie wiemy. Więc jest tu coś, czego naprawdę nie rozumiemy. I uzyskanie wglądu w to, co determinuje te masy, byłoby niesamowitym przełomem. Nie jestem pewien, czy dokonamy tego odkrycia w ciągu najbliższych 25 lat, ale nigdy nie wiadomo. I dlatego prowadzisz eksperymenty, ponieważ mogą pomóc zobaczyć coś, co zaczyna wyjaśniać naprawdę trudne zagadki, takie jak ta.

Więc bardzo dziękuję i życzę, by znalazł pan odpowiedzi na te pytania, może jako Dyrektor Generalny CERN. To mogłoby pomóc. Bardzo dziękuję i powodzenia.