Afspilning af numrene-en milliard-satsning på den europæiske røntgenlaser

"Stor videnskab" er et begreb, der oprindeligt blev opfundet af historikere for at beskrive de store videnskabelige fremskridt, som industrielle nationer havde gjort omkring anden verdenskrigs periode.

Sætningen indebærer normalt enorme investeringer i kapital, ofte løber ind i milliarder af dollars. På grund af disse projekters enorme omfang kræver de støtte fra nationale regeringer eller endda grupper af regeringer. Men er denne enorme investering i skattekroner i sidste ende det værd?

Det er et af de centrale spørgsmål, der aktuelt stilles om den europæiske røntgenlaser, også kendt som XFEL-en otte-årig, € 1,22 milliarder projekt, der involverer Tyskland, Rusland, og ni andre europæiske nationer.

Beskrevet som "det dyreste eksperiment i Tyskland" og med en startdato, der anslås at være september 2017, forskere og offentligheden diskuterer stadig mulighederne og udfordringerne forbundet med dette enorme internationale videnskabelige projekt.

Stor videnskab i det 21. århundrede

Et af de mest berømte Big Science -projekter hidtil i det 21. århundrede var Large Hadron Collider. Det projekt, som endte med at koste omkring 5 milliarder dollar at bygge og 1 milliard dollar om året at køre, sigter mod at opdage de grundlæggende partikler, der udgør universet. Den mest berømte af disse var den såkaldte "Gudpartikel" eller Higgs boson, dengang beskrevet som "det manglende led i standardmodellen for partikelfysik".

Selvfølgelig, bortset fra Higgs boson, der er utallige andre mindre berømte opdagelser, der kunne og allerede er blevet gjort af Large Hadron Collider. Men hvis projektet ikke havde leveret Higgs -bosonen, ville Large Hadron Collider stadig have været betragtet af offentligheden som en succes?

For at besvare dette spørgsmål kunne vi overveje National Ignition Facility i Californien. Projektet blev endelig afsluttet i 2009, fem år senere end planlagt og omkring fire gange over budgettet (de samlede omkostninger endte med at være omkring 3,5 milliarder dollars).

Anlæggets primære mål var at demonstrere atomfusion med en betydelig gevinst i energi. Hvis det lykkes, det kunne have haft en massiv indvirkning på verdens energiforsyning, med en arv, der strækker sig langt ind i fremtiden. Imidlertid, i anden halvdel af 2012, eksperimentet sluttede officielt, kun har nået en tiendedel af de nødvendige betingelser for fusionstænding.

Siden 2012 har anlægget er blevet brugt til utallige andre succesrige materialer og våbenforsøg. Men i hovedet på den amerikanske skatteyder, Kan dette projekt betragtes som en succes, når det måles i forhold til dets oprindelige mål?

Eksploderende molekyler

På samme måde belastet af vægten af ​​international forventning, den europæiske røntgenlaser har et lige så ambitiøst mål. Dette projekt sigter mod at skabe de første molekylære film af atomskala nogensinde af proteiner, livets grundlæggende byggesten.

Anlægget består af et stort underjordisk netværk af tunneler, strækker sig kilometer under den nordvestlige grænse til Hamburg i Tyskland. Den grundlæggende idé er at fokusere billioner af røntgenfotoner i et lille rumrum, der kun indeholder et enkelt molekyle og optage et billede af det, før det eksploderer.

Dette koncept, kendt som "diffraktion før ødelæggelse" ville åbne et helt nyt vindue på den molekylære verden. Det ville, for eksempel, give forskere mulighed for at visualisere molekylerne inde i kræftceller, som de dannes i realtid. Den vanskelige del er at tage billedet hurtigt nok til at "fotografere" det intakte molekyle og ikke bare fange snavs, mens det flyver fra hinanden.

På grund af dette enorme potentiale, regeringer har investeret enorme beløb i disse faciliteter. Men hvad sker der, hvis forsøget mislykkes?

Efter al den indsats og den politiske kapital, der er brugt (ikke mindst placerer scorerne af tyske borgere, under hvis huse anlægget på 3,4 km løber), forventningerne til den europæiske røntgenlaser er forståeligt nok høje.

Hvordan føler tyskerne sig om røntgenlaseren

Faktisk, spørgsmålet om omkostninger kontra belønning var genstand for en nylig artikel på forsiden i det tyske nationale nyhedsmagasin Der Speigel. I det, fremtrædende fysiker Holger Stark, direktør for Max Planck Institute for Biophysical Chemistry i Göttingen, hævder, at investeringen kun ville være umagen værd, hvis der ikke var alternativer, og at tilgangen har ulemper.

For eksempel, Stark påpeger, at man for relativt sølle 4 til 5 millioner euro kan købe et transmissionselektronmikroskop. Dette mikroskop giver også mulighed for at kunne forestille enkelte molekyler. Imidlertid, den vigtigste forskel er, at i elektronmikroskopet er molekylerne statiske, der henviser til, at de i den europæiske røntgenlaser frit kan bevæge sig rundt (i hvert fald indtil de er ødelagt).

Forskerne, der støtter X-ray Laser-projektet, siger, at evnen til at lave film af molekyler "i aktion" er et gennembrud, der er investeringen værd. De hævder, at for faktisk at kunne "se" bevægelser af biologisk vigtige molekyler vil give væsentlig indsigt, der vil gavne hele menneskeheden.

Selvfølgelig, på dette tidspunkt ved vi simpelthen ikke. Som videnskabsmand, hvorvidt € 1,22 mia. ville have været brugt bedre andre steder, afhænger sandsynligvis i vid udstrækning af, om du er involveret i røntgenforskning. Vores egen forskergruppe er blandt sneseviserne på verdensplan i håb om at få en chance for at få billeder af molekyler, før de eksploderer.

Øjne på præmien

Imidlertid, med kun få forsøg muligt ad gangen konkurrencen om adgang til den europæiske røntgenlaser er hård. Dette har været et andet argument mod at investere så mange penge i en facilitet:Kun et relativt lille antal forskere kan faktisk få chancen for at bruge dem.

Men uanset hvilken side af hegnet du er på, der er unægtelig en enorm følelse af spænding blandt forskere over at se, hvad de første eksperimenter med den europæiske røntgenlaser vil give i september.

Endelig, der er argumentet om, at oprettelsen af ​​verdens første molekylære film i atomskala kun ville være begyndelsen. Observationen af ​​Higgs -bosonen var i det væsentlige med til at validere vores nuværende forståelse af materiens grundlæggende struktur. Mens Higgs -opdagelsen i sidste ende kunne føre til, at nye teorier udvikles, det vellykkede resultat af de europæiske røntgenlasereksperimenter ville uden tvivl have mere umiddelbare praktiske anvendelser.

Disse ville igen give anledning til mange flere spørgsmål, som forskere løb for at få mest muligt ud af den nye teknologi. Et af de centrale spørgsmål, som allerede er i tankerne hos mange af de grupper, der leder denne forskning, er hvem der får Nobelprisen, hvis ideen virker?

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.