كارلو روبيا

بعد حصوله على شهادته، سافر روبيا إلى الولايات المتحدة لإجراء أبحاث ما بعد الدكتوراه ، ^{[ 1 ]} حيث أمضى حوالي عام ونصف في جامعة كولومبيا ^{[ 14 ]} يُجري تجارب على اضمحلال الميونات والتقاطها النووي . كانت هذه التجربة الأولى ضمن سلسلة طويلة من التجارب التي أجراها روبيا في مجال التفاعلات الضعيفة ، والتي تُوّجت بعمل حائز على جائزة نوبل في مركز سيرن.

عاد إلى أوروبا للعمل في جامعة روما قبل انضمامه إلى مركز سيرن الذي تأسس حديثًا عام 1960، حيث عمل على تجارب لدراسة بنية التفاعلات الضعيفة. كان سيرن قد بدأ للتو تشغيل نوع جديد من المسرعات، وهو مسرع حلقات التخزين المتقاطعة ، الذي يستخدم حزمًا من البروتونات تدور في اتجاهين متعاكسين وتتصادم مع بعضها البعض. أجرى روبيا وزملاؤه تجارب هناك، باحثين مجددًا في القوة الضعيفة. تمثلت النتائج الرئيسية في هذا المجال في رصد البنية في عملية التشتت المرن، والرصد الأول للباريونات الساحرة . كانت هذه التجارب حاسمة لإتقان التقنيات اللازمة لاحقًا لاكتشاف جسيمات أكثر غرابة في نوع مختلف من مصادمات الجسيمات. ^{[ 9 ] [ 11 ] [ 13 ]}

في عام 1976، اقترح تعديل مسرع البروتونات الفائق (SPS) التابع لمركز سيرن لدمج البروتونات والبروتونات المضادة في حلقة واحدة - مصادم البروتون-مضاد البروتون . وباستخدام تقنية التبريد العشوائي لسيمون فان دير ميرز ، تم بناء مُجمِّع مضادات البروتونات أيضًا. بدأ تشغيل المصادم في عام 1981، وفي أوائل عام 1983، اكتشف فريق دولي يضم أكثر من 100 فيزيائي بقيادة روبيا، والمعروف باسم تعاون UA1، بوزونات المتجهات الوسيطة، بوزونات W وZ ، التي أصبحت حجر الزاوية في النظريات الحديثة لفيزياء الجسيمات الأولية قبل هذا الرصد المباشر بفترة طويلة. تحمل هذه البوزونات القوة الضعيفة التي تُسبب الاضمحلال الإشعاعي في نواة الذرة وتتحكم في احتراق الشمس ، تمامًا كما تحمل الفوتونات ، وهي جسيمات ضوئية عديمة الكتلة، القوة الكهرومغناطيسية التي تُسبب معظم التفاعلات الفيزيائية والكيميائية الحيوية. تلعب القوة الضعيفة دورًا أساسيًا في عملية التخليق النووي للعناصر، كما هو موضح في نظريات تطور النجوم. تبلغ كتلة هذه الجسيمات ما يقارب 100 ضعف كتلة البروتون. في عام 1984، مُنح كارلو روبيا وسيمون فان دير مير جائزة نوبل "لمساهماتهما الحاسمة في المشروع الضخم الذي أدى إلى اكتشاف جسيمات المجال W وZ، وهما ناقلان للتفاعل الضعيف". ^{[ 15 ]}

لتحقيق طاقات عالية كافية لإنتاج هذه الجسيمات، اقترح روبيا، بالتعاون مع ديفيد كلاين وبيتر ماكنتاير، تصميمًا جديدًا جذريًا لمسرع الجسيمات. اقترحوا استخدام حزمة من البروتونات وحزمة من البروتونات المضادة ، وهي نظائرها من المادة المضادة ، تدوران في اتجاهين متعاكسين داخل أنبوب التفريغ للمسرع وتتصادمان وجهًا لوجه. لم تكن فكرة إنتاج الجسيمات عن طريق تصادم حزم من جسيمات "عادية" جديدة: فقد كانت مصادمات الإلكترون-بوزيترون والبروتون-بروتون قيد الاستخدام بالفعل. مع ذلك، وبحلول أواخر السبعينيات/أوائل الثمانينيات، لم تكن هذه المصادمات قادرة على الوصول إلى الطاقات المطلوبة في مركز الكتلة لاستكشاف منطقة W/Z التي تنبأت بها النظرية. عند هذه الطاقات، كانت البروتونات المتصادمة مع البروتونات المضادة هي الخيار الأمثل، ولكن كيف يمكن الحصول على حزم مكثفة (وموجهة جيدًا) من البروتونات المضادة، والتي تُنتج عادةً عن طريق إسقاط حزمة من البروتونات على هدف ثابت؟ في غضون ذلك، طوّر فان دن مير مفهوم "التبريد العشوائي"، حيث يمكن الاحتفاظ بجسيمات، مثل مضادات البروتونات، في مصفوفة دائرية، وتقليل تباعد شعاعها تدريجيًا عن طريق إرسال إشارات إلى مغانط انحناء في اتجاه التدفق. ولأن تقليل تباعد الشعاع يعني تقليل السرعة العرضية أو مكونات الطاقة، فقد أُطلق على هذه الطريقة مصطلح "التبريد العشوائي". ويمكن استخدام هذه الطريقة "لتبريد" (أو "تجميع") مضادات البروتونات، مما يسمح بتوجيهها إلى شعاع مركّز جيدًا، مناسب للتسريع إلى طاقات عالية، دون فقدان عدد كبير من مضادات البروتونات نتيجة التصادمات مع البنية. ويعبّر مصطلح "عشوائي" عن حقيقة أن الإشارات المراد استقبالها تشبه الضوضاء العشوائية، والتي كانت تُسمى "ضوضاء شوتكي" عند اكتشافها لأول مرة في أنابيب التفريغ. ولولا تقنية فان دن مير، لما حصل جهاز UA1 على العدد الكافي من مضادات البروتونات عالية الكثافة التي كان يحتاجها. لولا إدراك روبيا لجدوى التبريد العشوائي، لكان موضوعًا لبعض المنشورات فقط. قام سيمون فان دي مير بتطوير واختبار هذه التقنية في حلقات تخزين البروتونات المتقاطعة في سيرن، لكنها أكثر فعالية مع الحزم ذات الكثافة المنخفضة نسبيًا، مثل البروتونات المضادة التي تم تجهيزها للاستخدام في مسرع البروتونات الفائق عند تهيئته كمصادم.

في عام 1970، عُيّن روبيا أستاذاً لفيزياء هيغينز في جامعة هارفارد ، حيث أمضى فصلاً دراسياً واحداً سنوياً لمدة 18 عاماً، ^{[ 1 ]} مع استمراره في أنشطته البحثية في سيرن. وفي عام 1989، عُيّن مديراً عاماً لمختبر سيرن. ^{[ 16 ]} وخلال فترة ولايته، في عام 1993، "وافق سيرن على السماح لأي شخص باستخدام بروتوكول الويب وشفرته مجاناً... دون أي رسوم أو قيود أخرى". ^{[ 17 ]}

كان روبيا أيضًا من رواد مشروع تعاوني في مختبر غران ساسو ، مصمم لرصد أي علامة على اضمحلال البروتون. يسعى هذا المشروع إلى إيجاد أدلة تُفنّد الاعتقاد السائد بأن المادة مستقرة. وتتوقع النسخة الأكثر قبولًا من نظريات المجال الموحد أن البروتونات لا تدوم إلى الأبد، بل تتحلل تدريجيًا إلى طاقة بعد متوسط ​​عمر لا يقل عن 10^ ³² سنة. ويهدف المشروع نفسه، المعروف باسم إيكاروس، والمبني على تقنية جديدة للكشف الإلكتروني عن أحداث التأين في الأرجون السائل فائق النقاء ، إلى الكشف المباشر عن النيوترينوات المنبعثة من الشمس، وهو أول تلسكوب نيوترينو بدائي لاستكشاف إشارات النيوترينو ذات الطبيعة الكونية.

اقترح روبيا أيضًا مفهوم مُضخِّم الطاقة ، وهو طريقة جديدة وآمنة لإنتاج الطاقة النووية باستخدام تقنيات المُسرِّعات الحالية، ويجري دراستها بنشاط في جميع أنحاء العالم بهدف حرق النفايات عالية النشاط من المفاعلات النووية، وإنتاج الطاقة من الثوريوم الطبيعي واليورانيوم المُستنفد . وفي عام 2013، اقترح بناء عدد كبير من محطات توليد الطاقة بالثوريوم صغيرة الحجم. ^{[ 18 ]}

كان روبيا كبير المستشارين العلميين في مركز CIEMAT (إسبانيا)، وعضوًا في المجموعة الاستشارية رفيعة المستوى المعنية بالاحتباس الحراري التي أنشأها رئيس الاتحاد الأوروبي باروسو عام 2007، وعضوًا في مجلس أمناء معهد IMDEA للطاقة. وفي الفترة 2009-2010، شغل منصب المستشار الخاص لشؤون الطاقة للأمين العام للجنة الاقتصادية لأمريكا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي (ECLAC) التابعة للأمم المتحدة، ومقرها سانتياغو (تشيلي). وفي يونيو/حزيران 2010، عُيّن روبيا مديرًا علميًا لمعهد الدراسات المتقدمة للاستدامة في بوتسدام (ألمانيا). وهو عضو في مؤسسة إيطاليا-الولايات المتحدة الأمريكية . وخلال فترة رئاسته لوكالة الطاقة الجديدة والمتجددة (ENEA ) (1999-2005)، روّج لأسلوب مبتكر لتركيز الطاقة الشمسية عند درجات حرارة عالية لإنتاج الطاقة، يُعرف باسم مشروع أرخميدس ، والذي يجري تطويره حاليًا من قبل القطاع الصناعي للاستخدام التجاري.