"Big science" is een term die oorspronkelijk door historici is bedacht om de belangrijkste wetenschappelijke vooruitgang te beschrijven die door industriële landen rond de periode van de Tweede Wereldoorlog is geboekt.

De uitdrukking impliceert meestal een enorme investering van kapitaal, loopt vaak in de miljarden dollars. Vanwege de enorme omvang van deze projecten hebben ze steun nodig van nationale overheden of zelfs groepen van overheden. Maar is deze enorme investering van belastinggeld het uiteindelijk waard?

Dat is een van de belangrijkste vragen die momenteel worden gesteld over de Europese röntgenlaser, ook bekend als XFEL – een achtjarige, project van 1,22 miljard euro waarbij Duitsland betrokken is, Rusland, en negen andere Europese landen.

Beschreven als "het duurste experiment in Duitsland" en met een geschatte startdatum van september 2017, wetenschappers en het grote publiek debatteren nog steeds over de kansen en uitdagingen van dit enorme internationale wetenschappelijke project.

Grote wetenschap in de 21e eeuw

Een van de beroemdste Big Science-projecten tot nu toe in de 21e eeuw was de Large Hadron Collider. dat project, die uiteindelijk ongeveer US $ 5 miljard kostte om te bouwen en US $ 1 miljard per jaar om te draaien, gericht op het detecteren van de fundamentele deeltjes waaruit het universum bestaat. De meest bekende hiervan was het zogenaamde "Goddeeltje" of Higgs-deeltje, destijds beschreven als de "missing link in het standaardmodel van de deeltjesfysica".

Natuurlijk, afgezien van het Higgs-deeltje, er zijn talloze andere minder bekende ontdekkingen die door de Large Hadron Collider kunnen en zijn gedaan. Maar als het project het Higgs-deeltje niet had opgeleverd, zou de Large Hadron Collider door het publiek nog steeds als een succes worden beschouwd?

Om deze vraag te beantwoorden zouden we de National Ignition Facility in Californië kunnen overwegen. Het project werd uiteindelijk in 2009 afgerond vijf jaar later dan gepland en ongeveer vier keer hoger dan het budget (de totale kosten bedroegen uiteindelijk ongeveer 3,5 miljard dollar).

Het primaire doel van de faciliteit was om kernfusie te demonstreren met een aanzienlijke energiewinst. Indien succesvol, het had een enorme impact kunnen hebben op de energievoorziening van de wereld, met een erfenis die ver in de toekomst reikt. Echter, in de tweede helft van 2012 het experiment officieel beëindigd, slechts een tiende van de vereiste voorwaarden voor fusie-ontsteking hebben bereikt.

Sinds 2012, de faciliteit is gebruikt voor talloze andere succesvolle experimenten met materialen en wapens. In de hoofden van de Amerikaanse belastingbetaler, kan dit project als een succes worden beschouwd als het wordt afgemeten aan de oorspronkelijke doelstellingen?

Exploderende moleculen

Evenzo belast door het gewicht van internationale verwachtingen, de Europese X-ray Laser heeft een even ambitieus doel. Dit project heeft tot doel de allereerste moleculaire films op atomaire schaal te maken van eiwitten, de fundamentele bouwstenen van het leven.

De faciliteit bestaat uit een enorm ondergronds netwerk van tunnels, zich kilometers lang uitstrekkend onder de noordwestelijke grens van Hamburg in Duitsland. Het basisidee is om biljoenen röntgenfotonen te concentreren in een klein ruimtevolume dat slechts een enkel molecuul bevat en er een beeld van te maken voordat het explodeert.

Dit begrip, bekend als "diffractie vóór vernietiging" zou een geheel nieuw venster op de moleculaire wereld openen. Het zou, bijvoorbeeld, stellen wetenschappers in staat om de moleculen in kankercellen te visualiseren terwijl ze zich in realtime vormen. Het lastige is om het beeld snel genoeg te maken om het intacte molecuul te "fotograferen" en niet alleen het puin te vangen terwijl het uit elkaar vliegt.

Door dit enorme potentieel regeringen hebben enorme bedragen in deze faciliteiten geïnvesteerd. Maar wat gebeurt er als het experiment mislukt?

Na alle inspanningen en politiek kapitaal (niet in de laatste plaats het sussen van de tientallen Duitse burgers onder wiens huizen de 3,4 km lange faciliteit loopt), de verwachtingen voor de Europese röntgenlaser zijn begrijpelijkerwijs hooggespannen.

Hoe Duitsers denken over de röntgenlaser

In feite, de kwestie van kosten versus beloning was het onderwerp van een recent voorpaginaartikel in het Duitse nationale nieuwsmagazine Der Speigel. In het, prominente natuurkundige Holger Stark, directeur van het Max Planck Instituut voor Biofysische Chemie in Göttingen, stelt dat de investering alleen de moeite waard zou zijn als er geen alternatieven waren, en dat de aanpak nadelen heeft.

Bijvoorbeeld, Stark wijst erop dat je voor een relatief schamele € 4 miljoen tot € 5 miljoen een transmissie-elektronenmicroscoop kunt kopen. Deze microscoop biedt ook de mogelijkheid om enkelvoudige moleculen in beeld te kunnen brengen. Echter, het belangrijkste verschil is dat in de elektronenmicroscoop de moleculen statisch zijn, terwijl ze in de Europese röntgenlaser vrij kunnen bewegen (tenminste totdat ze worden vernietigd).

De wetenschappers die het X-ray Laser-project ondersteunen, zeggen dat het vermogen om films van moleculen "in actie" te maken een doorbraak is die de investering zeker waard is. Ze beweren dat als we de bewegingen van biologisch belangrijke moleculen daadwerkelijk kunnen 'zien', essentiële inzichten zullen worden verkregen die de hele mensheid ten goede zullen komen.

Natuurlijk, in dit stadium weten we het gewoon niet. Als wetenschapper, of de 1,22 miljard euro beter ergens anders besteed had kunnen worden, hangt er waarschijnlijk grotendeels van af of je al dan niet betrokken bent bij röntgenonderzoek. Onze eigen onderzoeksgroep is een van de tientallen wereldwijd die hoopt een kans te krijgen om beelden te krijgen van moleculen voordat ze ontploffen.

Ogen op de prijs

Echter, met slechts een paar experimenten tegelijk mogelijk, de concurrentie om toegang tot de Europese röntgenlaser is hevig. Dit is een ander argument geweest om niet zoveel geld in één faciliteit te investeren:slechts een relatief klein aantal wetenschappers krijgt misschien de kans om er gebruik van te maken.

Maar aan welke kant van het hek je ook staat, er is onmiskenbaar een enorm gevoel van opwinding onder wetenschappers om te zien wat de eerste experimenten bij de Europese röntgenlaser in september zullen opleveren.

Eindelijk, er is het argument dat de creatie van 's werelds eerste moleculaire films op atomaire schaal slechts het begin zou zijn. De waarneming van het Higgs-deeltje heeft in wezen geholpen om ons huidige begrip van de fundamentele structuur van materie te valideren. Hoewel de ontdekking van Higgs uiteindelijk zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe theorieën, het succesvolle resultaat van de Europese X-ray Laser-experimenten zou aantoonbaar meer directe praktische toepassingen hebben.

Deze zouden op hun beurt veel meer vragen oproepen, terwijl wetenschappers racen om het meeste uit de nieuwe technologie te halen. Een van de belangrijkste vragen, die al in de gedachten is van veel van de groepen die dit onderzoek leiden, is wie krijgt de Nobelprijs als het idee werkt?

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.