"Big science" är en term som ursprungligen myntades av historiker för att beskriva de stora vetenskapliga framstegen som industriländer gjorde under andra världskriget.

Frasen innebär vanligtvis enorma investeringar av kapital, ofta uppgår till miljarder dollar. På grund av den enorma omfattningen av dessa projekt kräver de stöd från nationella regeringar eller till och med grupper av regeringar. Men är denna enorma investering av skattepengar i slutändan värt det?

Det är en av nyckelfrågorna som för närvarande ställs om den europeiska röntgenlasern, även känd som XFEL – en åttaårig, 1,22 miljarder euro projekt som involverar Tyskland, Ryssland, och nio andra europeiska nationer.

Beskrivs som "det dyraste experimentet i Tyskland" och med ett startdatum beräknat till september 2017, forskare och allmänheten diskuterar fortfarande de möjligheter och utmaningar som är förknippade med detta enorma internationella vetenskapsprojekt.

Stor vetenskap under 2000-talet

Ett av de mest kända Big Science-projekten hittills under 2000-talet var Large Hadron Collider. Det projektet, som slutade kosta cirka 5 miljarder USD att bygga och 1 miljard USD om året att driva, syftade till att upptäcka de fundamentala partiklarna som utgör universum. Den mest kända av dessa var den så kallade "Gudspartikeln" eller Higgs boson, beskrev på den tiden som "den saknade länken i standardmodellen för partikelfysik".

Självklart, bortsett från Higgs boson, det finns otaliga andra mindre kända upptäckter som redan kunde och har gjorts av Large Hadron Collider. Men om projektet hade misslyckats med att leverera Higgs-bosonen, skulle Large Hadron Collider fortfarande ha betraktats av allmänheten som en framgång?

För att svara på denna fråga kan vi överväga National Ignition Facility i Kalifornien. Projektet avslutades slutligen 2009, fem år senare än planerat och cirka fyra gånger över budget (den totala kostnaden blev cirka 3,5 miljarder USD).

Anläggningens primära mål var att demonstrera kärnfusion med en betydande energivinst. Om det lyckas, det kunde ha haft en enorm inverkan på världens energiförsörjning, med ett arv som sträcker sig långt in i framtiden. Dock, under andra halvåret 2012, experimentet avslutades officiellt, endast ha nått en tiondel av de erforderliga villkoren för smälttändning.

Sedan 2012, anläggningen har använts för otaliga andra framgångsrika material- och vapenexperiment. Men i de amerikanska skattebetalarnas medvetande, Kan detta projekt betraktas som en framgång mätt mot dess ursprungliga mål?

Exploderande molekyler

På liknande sätt belastad av vikten av internationella förväntningar, den europeiska röntgenlasern har ett lika ambitiöst mål. Detta projekt syftar till att skapa de första molekylära filmerna i atomskala av proteiner, livets grundläggande byggstenar.

Anläggningen består av ett stort underjordiskt nätverk av tunnlar, som sträcker sig kilometer under den nordvästra gränsen till Hamburg i Tyskland. Grundidén är att fokusera biljoner röntgenfotoner till en liten volym rymd som bara innehåller en enda molekyl och spela in en bild av den innan den exploderar.

Detta koncept, känd som "diffraktion före destruktion" skulle öppna ett helt nytt fönster på den molekylära världen. Det skulle, till exempel, tillåta forskare att visualisera molekylerna inuti cancerceller när de bildas i realtid. Det knepiga är att ta bilden tillräckligt snabbt för att "fotografera" den intakta molekylen och inte bara fånga skräpet när det flyger isär.

På grund av denna enorma potential, regeringar har investerat enorma summor pengar i dessa anläggningar. Men vad händer om experimentet misslyckas?

Efter alla ansträngningar och politiskt kapital som lagts ner (inte minst för att lugna mängden tyska medborgare under vars hus anläggningen på 3,4 km löper), förväntningarna på den europeiska röntgenlasern är förståeligt höga.

Hur tyskar tycker om röntgenlasern

Faktiskt, frågan om kostnad kontra belöning var föremål för en nyligen publicerad förstasidesartikel i den tyska nationella nyhetstidningen Der Speigel. I det, framstående fysiker Holger Stark, direktör för Max Planck-institutet för biofysisk kemi i Göttingen, Parlamentet hävdar att investeringen bara skulle vara lönsam om det inte fanns några alternativ, och att tillvägagångssättet har nackdelar.

Till exempel, Stark påpekar att för jämförelsevis ynka 4 miljoner euro till 5 miljoner euro kan man köpa ett transmissionselektronmikroskop. Detta mikroskop erbjuder också möjligheten att kunna avbilda enstaka molekyler. Dock, den viktigaste skillnaden är att i elektronmikroskopet är molekylerna statiska, medan de i European X-ray Laser är fria att röra sig (åtminstone tills de förstörs).

Forskarna som stöder röntgenlaserprojektet säger att förmågan att göra filmer av molekyler "in action" är ett genombrott som är väl värt investeringen. De hävdar att för att faktiskt kunna "se" rörelserna av biologiskt viktiga molekyler kommer att ge viktiga insikter som kommer att gynna hela mänskligheten.

Självklart, i det här skedet vet vi helt enkelt inte. Som vetenskapsman, Huruvida dessa 1,22 miljarder euro skulle ha spenderats bättre någon annanstans beror förmodligen till stor del på om du har en viss inblandning i röntgenforskning. Vår egen forskargrupp är bland de dussintals världen över som hoppas få en chans att få bilder av molekyler innan de exploderar.

Ögonen på priset

Dock, med endast ett fåtal experiment möjliga åt gången, Konkurrensen om tillgång till den europeiska röntgenlasern är hård. Detta har varit ytterligare ett argument mot att investera så mycket pengar i en anläggning:endast ett relativt litet antal forskare kan faktiskt få chansen att använda den.

Men vilken sida av staketet du än befinner dig på, Det finns onekligen en enorm spänning bland forskarna att se vad de första experimenten med European X-ray Laser kommer att ge i september.

Till sist, det finns argumentet att skapandet av världens första molekylära filmer i atomär skala bara skulle vara början. Observationen av Higgs-bosonen bidrog i huvudsak till att validera vår nuvarande förståelse av materiens grundläggande struktur. Medan Higgs upptäckt så småningom kan leda till att nya teorier utvecklas, det framgångsrika resultatet av de europeiska röntgenlaserexperimenten skulle utan tvekan ha mer omedelbara praktiska tillämpningar.

Dessa skulle i sin tur skapa många fler frågor, eftersom forskare tävlar om att få ut det mesta av den nya tekniken. En av nyckelfrågorna, vilket redan finns i många av de grupper som leder denna forskning, är vem som får Nobelpriset om idén fungerar?

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.