«Giga» Big Science: Har vi egentlig nytte av en større partikkelknuser?

Utforskning av verden på de minste og største skalaene har én ting til felles: De krever enorme og avanserte tekniske konstruksjoner. Enten det dreier seg om partikkelakseleratorer, røntgen- og nøytronspredningsanlegg, teleskoper – på jorden og i verdensrommet – eller eksperimenter med fusjonsenergi.

Dette er det vi kaller Big Science: kostbare, langvarige, kompliserte og ofte internasjonale forskningsprosjekter. Selv om de har et vitenskapelig hovedformål, blir de i økende grad også forsvart med at de har økonomisk og samfunnsmessig betydning. Dette er temaet for en ny bok skrevet av en rekke internasjonale eksperter, der det også er et sterkt dansk bidrag.

Selv om man kan hevde at Big Science har eksistert i århundrer – tenk bare på at Tycho Brahes observatorium på Hven på slutten av 1500-tallet beslagla det som tilsvarte én prosent av datidens bruttonasjonalprodukt for det dansk-norske riket (selv om et slikt begrep ikke egentlig eksisterte på den tiden) – ble Big Science først et etablert begrep på midten av 1900-tallet. Det skjedde da den amerikanske kjernefysikeren Alvin Weinberg brukte uttrykket i en kommentar i tidsskriftet Science i 1961.

Weinberg, som spilte en sentral rolle i Manhattan-prosjektet for utviklingen av atombomben, sammenlignet raketter og partikkelakseleratorer med fortidens monumentale byggverk som de egyptiske pyramidene, middelalderens katedraler og gigantiske palasser som Versailles.

Han spådde at når historikere en dag ser tilbake på det 20. århundret, vil de anse Big Science-monumentene som tidens symboler, på samme måte som Notre-Dame i dag symboliserer middelalderen.

En av Weinbergs bekymringer var at Big Science innebar en rekke utfordringer – vitenskapelige, økonomiske og samfunnsmessige – som ikke ble adressert. Han var overbevist om at Big Science var kommet for å bli, men advarte samtidig om at slike monumenter aldri kunne være et mål i seg selv. Det egentlige målet med vitenskap må være å berike og forbedre menneskers liv og levevilkår.

Det er også i dette perspektivet at tilhengere av stadig større Big Science-prosjekter argumenterer for at de kan tjene andre formål enn ren nysgjerrighetsdrevet forskning.

Siden Weinberg skrev sin kommentar i 1961, har Big Science bare vokst seg enda større.

CERN hadde på den tiden en akselerator med en omkrets på 628 meter. I dag har Large Hadron Collider en omkrets på 27 kilometer. Sovjetunionen hadde på Weinbergs tid en fusjonsreaktor med en diameter på én meter. I dag bygges ITER med en diameter på 19,4 meter.

Og listen fortsetter. De største teleskopene i 1961 hadde en diameter på rundt to meter. I dag bygger European Southern Observatory et teleskop i Chile med en diameter på 39 meter. Bakketeleskoper er i dag supplert med avanserte romteleskoper med speil på opptil 6,5 meter i diameter – til sammenligning hadde speilet på det første romteleskopet som ble skutt opp i 1968, en diameter på bare 40 centimeter

Hva sier dette om Big Science i det 21. århundret? Dette spørsmålet belyses fra en rekke perspektiver i 58 artikler av ulike forfattere i boken Big Science in the 21st Century, redigert av blant andre Juliette Forneris fra Teknologisk Institut og Jason Li-Yang fra DTU.

Dette var også temaet for en endagskonferanse i København mot slutten av 2024, arrangert av BigScience.dk, som holder til ved Teknologisk Institut. Senteret drives i samarbeid med DTU og har som mål å fungere som bindeledd mellom dansk næringsliv og de store europeiske forskningsanleggene Danmark bidrar økonomisk til.

Større – og kanskje bedre?

Et av spørsmålene boken i liten grad diskuterer grundig, er om større alltid er ensbetydende med bedre.

Det største Big Science-prosjektet som for tiden vurderes, er en ny og større akselerator med en omkrets på 91 kilometer ved CERN, som skal erstatte Large Hadron Collider etter 2040.

Vitenskapelig sett kan man diskutere om dette prosjektet har en verdi utover det som interesserer en høyt spesialisert gruppe av partikkelfysikere.

Standardmodellen for elementærpartikler gir en nærmest uhyrlig presis beskrivelse av naturen ved de energinivåene som kan genereres i LHC.

Fysikere er enige om at det finnes mye mer å oppdage ved vesentlig høyere energier. Det er imidlertid usikkert om det vil være tilfelle for de energiene som kan oppnås i det planlagte anlegget, som foreløpig kalles FCC – Future Circular Collider.

En av dem som mener dette er bortkastede penger, er den tyske fysikeren Sabine Hossenfelder, kjent fra sin populære videokanal.

Hun er ikke i tvil om at FCC vil ha positiv innvirkning på teknologiutvikling, utdanning og interessen for naturvitenskap generelt. Men slike fordeler kan forventes av enhver vitenskapelig investering av tilsvarende størrelse, som for eksempel forskning på fusjonsenergi.

Hennes argument er at mens fusjonsenergi innebærer høy risiko, men også potensielt høy gevinst, representerer FCC høy risiko med en sannsynligvis lav gevinst.

Likevel er sjansen stor for at FCC blir en realitet, blant annet fordi CERN er Europas vitenskapelige flaggskip.

EU-kommisjonens president Ursula von der Leyen sa i sin tale under CERNs 70-årsjubileum i oktober at FCC kan bidra til å sikre Europas vitenskapelige lederposisjon, særlig i konkurranse med Kina, som har lignende planer.

Dette politiske momentumet kan gjøre FCC til virkelighet.

Mogens Dam fra Niels Bohr Institutt er en av forskerne som i over ti år har jobbet med forprosjektet for FCC. På konferansen redegjorde han for prosjektet og konkluderte med at han personlig har blitt stadig mer overbevist om at det kan realiseres – særlig fordi den politiske støtten nå virker sterk. En formell beslutning om FCC forventes i 2027/28.

Et krevende regnestykke

Det er ikke bare partikkelfysikere som må argumentere godt for seg når det gjelder Big Science-prosjekter.

Derfor er det økende fokus på noe Alvin Weinberg allerede påpekte i 1961 – Big Sciences bredere betydning for økonomi og samfunnsutvikling.

Dette diskuteres i åtte artikler redigert av professor Jason Li-Yang ved DTU Entrepreneurship.

Forskning på feltet har blant annet sett på hvordan store forskningsanlegg skaper etterspørsel etter høyteknologiske produkter, som igjen driver innovasjon – målt i for eksempel antall patenter eller nye selskaper.

Andre gevinster kommer fra stordriftsfordeler, lavere produksjonskostnader og kunnskapsoverføring mellom bedrifter og organisasjoner, noe som kan gi positive ringvirkninger i markedet.

Til tross for at slike effekter har vært analysert i flere tiår, viser artiklene at de er svært vanskelige å tallfeste presist.

På konferansen trakk Jason Li-Yang frem noen av hovedfunnene:

• Regional innovasjon henger ikke nødvendigvis sammen med geografisk nærhet til store forskningsanlegg.
• Patenter er en dårlig målestokk for innovasjonseffekt.
• Offentlige innkjøp er en viktig driver for innovasjon.
• Bedrifter verdsetter ofte prestisjen og anerkjennelsen ved å være leverandør mer enn den direkte økonomiske gevinsten av kontrakten.

Andre artikler i boken ser på hvordan Big Science-anlegg påvirker kultur og utdanning. Dette har fått økt oppmerksomhet de siste årene, men det er fortsatt rom for forbedringer.

Et konkret forslag er at Big Science-organisasjoner bør bruke tre prosent av budsjettet på undervisning, og at hver ansatt bør bruke fem prosent av sin tid på opplæringsprogrammer.

Kortsiktig finnes det kanskje mer effektive måter å skape samfunnsnytte på, men på lang sikt vil slike tiltak gi betydelige fordeler, ifølge argumentene i boken.

Politikk og samarbeid

Von der Leyens tale ved CERN understreket også den politiske betydningen av Big Science.

På Weinbergs tid var Big Science – sett med amerikanske øyne – først og fremst store nasjonale prosjekter. Europa valgte imidlertid en annen vei etter andre verdenskrig og etablerte felles forskningsinstitusjoner. CERN ble grunnlagt i 1954, mens ESRO (forgjengeren til den europeiske romorganisasjonen ESA) og European Southern Observatory (ESO) begge ble opprettet i 1962.

I dag er også land som Kina og India tungt involvert i Big Science.

Når ellers fiendtlige land ønsker et nøytralt prosjekt å samarbeide om, kan politiske hensyn noen ganger overstyre de vitenskapelige.

For eksempel ble de første skrittene mot fusjonsreaktoren ITER og den internasjonale romstasjonen ISS tatt i 1985 gjennom samarbeid mellom USA og Sovjetunionen under en periode med avspenning i den kalde krigen.

Et mindre kjent anlegg med politiske undertoner er synkrotronen SESAME i Jordan, åpnet i 2017. Blant medlemslandene finner vi både Israel, det palestinske selvstyret og Iran. Foreløpig har SESAME trolig hatt større politisk enn vitenskapelig betydning.

En verden i endring

Verden endrer seg raskt. Forskning innen partikkelfysikk og astrofysikk er i seg selv ikke sikkerhetskritisk, men teknologien som muliggjør slik forskning, kan være det.

Boken berører bare sporadisk hvordan den geopolitiske situasjonen har endret seg etter Ukraina-krigen, og hvordan forskningssamarbeid med blant annet Kina har blitt mer kontroversielt.

Den amerikanske historikeren Paul Josephson, ekspert på russiske forhold, påpeker imidlertid i en av artiklene at Ukraina-krigen har isolert russisk forskning og svekket fagmiljøenes autonomi i landet – på en måte som minner om forholdene under Stalin.

Fremtiden

Innen røntgen- og nøytronstrålingsanlegg (som ESS i Lund) og biologiske fagområder har Big Science ofte konkrete og praktiske anvendelser.

Innen partikkelfysikk og astrofysikk er drivkraften i større grad ønsket om en dypere forståelse av universet, på både den minste og største skalaen. Vitenskapelig kan dette være svært interessant, men det gir ikke nødvendigvis umiddelbar samfunnsnytte – for å bruke Weinbergs begreper.

I fremtiden vil Big Science-prosjekter neppe bli igangsatt utelukkende for forskningens skyld. De må også oppfylle andre formål – enten økonomiske, politiske eller samfunnsmessige – selv om disse kan være vanskelige å måle.

Det blir ikke minst spennende å se om FCC faktisk blir bygget, og hvilke argumenter som eventuelt vil ligge til grunn.

Kilde: Big Science in the 21st Century: Economic and Societal Impacts

Redigert av Panagiotis Charitos mfl.

Artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for abonnenter av Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.