Από την πολυμορφία στην ενότητα: Τα «δίδυμα» πειράματα UA1 και UA2 και το πρώτο Βραβείο Νόμπελ του CERN

του Γρηγόρη Πανουτσόπουλου και του Θόδωρου Αραμπατζή

*Ο Γρηγόρης Πανουτσόπουλος είναι υποψήφιος διδάκτορας του Τμήματος Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης, στη Σχολή Θετικών Επιστημών του ΕΚΠΑ. Ο Θόδωρος Αραμπατζής είναι καθηγητής στο ίδιο Τμήμα.

Ερωτήματα γύρω από την ενότητα (unity) της επιστήμης, όπως, π.χ., το αν υπάρχει μία ενιαία μέθοδος που διέπει όλους τους επιστημονικούς κλάδους, έχουν απασχολήσει επί δεκαετίες τους ιστορικούς και τους φιλοσόφους της επιστήμης. Στην πρόσφατη βιβλιογραφία κυριαρχεί μια τάση αμφισβήτησης της ενότητας της επιστήμης και τονίζεται η πολυμορφία (disunity) των επιστημονικών μεθόδων και πρακτικών. Σε μια πρόσφατη δημοσίευση επιδιώξαμε να εμπλουτίσουμε αυτόν τον προβληματισμό, εστιάζοντας στη συλλογική παραγωγή γνώσης από μεγάλους επιστημονικούς οργανισμούς. Επιχειρήσαμε να υπερβούμε το δίπολο ενότητα/πολυμορφία, αξιοποιώντας και τις δύο αυτές έννοιες ως αναλυτικές κατηγορίες για την ιστορική ανασυγκρότηση μιας κορυφαίας πειραματικής ανακάλυψης στο CERN.[1] Το CERN είναι ένας ιδιαίτερα σύνθετος επιστημονικός οργανισμός, που αποτελείται από εκατοντάδες ερευνητικές ομάδες διαφορετικών εθνικοτήτων, διασκορπισμένες σε ολόκληρο τον κόσμο. Επιπλέον, είναι ένας οργανισμός στον οποίο επιστήμονες με διαφορετική εξειδίκευση και ποικίλες δεξιότητες (θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί, μηχανικοί και τεχνικοί, μεταξύ άλλων) καλούνται να συνεργαστούν. Η έλλειψη ομοιογένειας είναι, ως εκ τούτου, εμφανής. Ωστόσο, αυτή η ετερογένεια εξισορροπείται από συγκεκριμένους μηχανισμούς, όπως οι οργανωμένες συνεργασίες, οι κοινοί κώδικες επικοινωνίας, οι δομημένες ιεραρχίες, οι κοινές πολιτικές δημοσιεύσεων, οι ενιαίες ερευνητικές πολιτικές και τα συντονισμένα οργανογράμματα. Μέσω αυτών των μηχανισμών, το CERN κατορθώνει να διατηρήσει την ενότητα του. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι οι μηχανισμοί που διασφαλίζουν την ενότητα του CERN δεν υπήρχαν από την ίδρυσή του, αλλά αναπτύχθηκαν μέσα από την εμπειρία πολλών χρόνων. Η σταδιακή επίτευξη της ενότητας του οργανισμού ήταν καταλυτική στο να τον καταστήσει ανταγωνιστικό με τα αντίστοιχα γιγαντιαία εργαστήρια των ΗΠΑ.

Στις αρχές τις δεκαετίας του 1980, και μετά από συνεχόμενες σημαντικές ανακαλύψεις των αμερικανικών εργαστηρίων σωματιδιακής φυσικής, όπως το μεσόνιο J/ψ, στο Stanford και στο Brookhaven National Laboratory, το λεπτόνιο ταυ, στο Stanford, και το b quark, στο Fermilab, το CERN δέχεται μεγάλες πιέσεις για την επίτευξη μιας εξίσου σημαντικής πειραματικής ανακάλυψης. Τίθεται ως στόχος, λοιπόν, η ανακάλυψη των μποζονίων W και Ζ, τα οποία είχαν προβλεφθεί με μεγάλη θεωρητική ακρίβεια από το λεγόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο, την επικρατέστερη έως και σήμερα θεωρία για την περιγραφή και ταξινόμηση των δομικών συστατικών της ύλης καθώς και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων. Τα συγκεκριμένα μποζόνια περιγράφονταν από το Καθιερωμένο Πρότυπο ως φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης και η ανακάλυψη τους θα ήταν καταλυτική για να προσδώσει στο συγκεκριμένο θεωρητικό μοντέλο την εγκυρότητα που το χαρακτηρίζει μέχρι και σήμερα. Το CERN δεν αρκέστηκε σε ένα μόνο πείραμα για τον συγκεκριμένο σκοπό, αλλά πραγματοποίησε δύο «δίδυμα» πειράματα, τα UA1 και UA2 , με δύο διαφορετικούς ανιχνευτές σωματιδίων, όπου το ένα θα ήλεγχε τα αποτελέσματα του άλλου. Οι ερευνητικές ομάδες των δύο αυτών πειραμάτων εργάζονταν ανεξάρτητα η μία από την άλλη και δεν αντάλλασσαν μεταξύ τους δεδομένα και αποτελέσματα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, το CERN επεδίωξε έναν τριπλό στόχο: Πρώτον, να διασφαλίσει την αξιοπιστία και τη φήμη του, αποφεύγοντας τυχόν λάθος αναλύσεις δεδομένων. Δεύτερον, να πραγματοποιήσει την ανακάλυψη εντός των Ευρωπαϊκών συνόρων, χωρίς να απαιτηθεί η επιβεβαίωση της από κάποιο πείραμα στην αντίπερα όχθη του Ατλαντικού. Τρίτον, να διεκδικήσει το Νόμπελ Φυσικής άμεσα, χωρίς να περιμένει επιβεβαίωση από κάποιο μελλοντικό πείραμα. Αυτό ήταν σημαντικό πλεονέκτημα, δεδομένου του πυρετώδους ανταγωνισμού ανάμεσα στα μεγάλα εργαστήρια σωματιδιακής φυσικής εκείνης της εποχής γύρω από τα Νόμπελ. Παρά τον έντονο συναγωνισμό που υπήρχε ανάμεσα στα δύο πειράματα, αυτά δρούσαν συμπληρωματικά μεταξύ τους, ως ένας ενιαίος μηχανισμός. Το UA1 ηγούνταν αυτής της προσπάθειας, ενώ το UA2 είχε περισσότερο τον ρόλο του ελεγκτικού πειράματος. Η συμπληρωματικότητα των δύο πειραμάτων αποτυπωνόταν ακόμα και στις πειραματικές πρακτικές και τις νοοτροπίες των δύο ομάδων, όπως επίσης και στην αρχιτεκτονική των ανιχνευτών τους. Το UA1 είχε ως επικεφαλής τον εξαιρετικά φιλόδοξο και τολμηρό Carlo Rubbia, ενώ το UA2 τον πολύ πιο συνετό και προσεκτικό Pierre Darriulat. Επιπλέον, ο ανιχνευτής του UA1 είχε σχεδιαστεί ως μια πολύπλοκη, τεχνολογικά προηγμένη μηχανή με πολλαπλούς ερευνητικούς στόχους, σε αντίθεση με τον ανιχνευτή του UA2 που βασιζόταν σε παλαιότερες δοκιμασμένες τεχνολογίες και ήταν επικεντρωμένος αποκλειστικά στην ανίχνευση των W και Z. Η ερευνητική στρατηγική των «δίδυμων πειραμάτων» αποτέλεσε το επισφράγισμα της ισορροπίας του CERN ανάμεσα στην «ενότητα» και την «πολυμορφία» και λειτούργησε ως πρότυπο σε πολλά μεταγενέστερα πειράματα στη Φυσική Υψηλών Ενεργειών.

[1] Βλ. G. Panoutsopoulos and T. Arabatzis, “CERN’s Balancing Act Between Unity and Disunity: The ‘Sister Experiments’ UA1 and UA2 and CERN’s First Nobel Prize,” Physics in Perspective 23 (2021), 181-201, https://doi.org/10.1007/s00016-021-00281-5.