Aktualizacja: Czarne dziury, bezpieczeństwo i aktualizacja LHC

Aktualizacja 9 listopada W odpowiedzi na niektóre z poniższych komentarzy, pozwólcie, że wyjaśnię jedną z obaw związanych ze standardowymi zapewnieniami złożonymi przez fizyków cząstek elementarnych na temat bezpieczeństwa LHC. Ich argumentem jest to, że Ziemia była bombardowana przez promieniowanie kosmiczne o wysokiej energii przez miliardy lat. Cząstki te zderzyłyby się z cząsteczkami w naszej atmosferze przy znacznie wyższych energiach niż są to możliwe w LHC. Więc gdyby katastrofa była możliwa, to już by się wydarzyła. Oznacza to, że dalsze istnienie Ziemi, a także wielu innych ciał astronomicznych, jest mocnym dowodem na to, że LHC jest bezpieczny. Problem polega na tym: istnieje istotna różnica między zderzeniami zachodzącymi w atmosferze a tymi, które mają miejsce w LHC. Promienie kosmiczne uderzają w atmosferę ze znaczną ułamkiem prędkości światła. Oznacza to, że szczątki z tych zderzeń również poruszają się ze znaczną częścią prędkości światła, co daje im ograniczony czas na interakcję z Ziemią. Zderzenia w LHC są inne. Obejmują one dwie wiązki, poruszające się prawie z prędkością światła, ale zderzające się czołowo. Tak więc zderzenie zachodzi w spoczynku względem Ziemi. To ważny punkt. Oznacza to, że szczątki po zderzeniu mogą krążyć dłużej, a tym samym mają większą szansę na interakcję z Ziemią. Kiedy weźmiemy pod uwagę ten efekt, wcale nie jest jasne, czy podobne wydarzenia miały miejsce regularnie w naszej atmosferze, czy też gdziekolwiek indziej. To nie dowodzi, że LHC jest niebezpieczny, wręcz przeciwnie. Ale pokazuje, że standardowa gwarancja bezpieczeństwa nie jest tak wodoszczelna, jak chcieliby nam wierzyć fizycy cząstek. Jeśli istnieją jakiekolwiek wątpliwości co do tego zapewnienia, należy się nimi zająć. CERN nie odniósł się do tego problemu ani do innych, które pojawiły się od czasu opublikowania swojego oryginalnego raportu o bezpieczeństwie. To naprawdę nie jest zaskakujące: ma oczywiste, żywotne zainteresowanie LHC. Ale ta sytuacja nie może trwać dalej. Dlatego bezpieczeństwo LHC musi zostać zweryfikowane przez niezależną grupę naukowców z doświadczeniem w analizie ryzyka, ale bez powiązań zawodowych lub finansowych z CERN. Proponowana aktualizacja do LHC zapewnia doskonałą okazję

___________________________________

Oryginalny post

Minęło 10 lat, odkąd fizycy po raz pierwszy podnieśli możliwość, że akceleratory cząstek na Ziemi mogą wytwarzać mikroskopijne czarne dziury. Zjawisko to początkowo wydawało się niezwykle ekscytujące, ponieważ wskazywało na sposób, w jaki naukowcy mogliby przetestować swoje pomysły na temat grawitacji kwantowej, teorii, która godzi mechanikę kwantową z ogólną teorią względności. .

Od tego czasu wiele emocji ucichło. Okazuje się, że energia potrzebna do stworzenia tych obiektów znacznie przekracza to, co jest możliwe w najpotężniejszych akceleratorach na świecie, a nawet jest znacznie większa niż w najpotężniejszym promieniowaniu kosmicznym, jakie kiedykolwiek zarejestrowano.

Istnieją jednak różne luki, które umożliwiają tworzenie się mikro-czarnych dziur przy niższych energiach. Najszerzej dyskutowana jest możliwość, że wszechświat ma dodatkowe wymiary w skali mikroskopowej, które znacznie osłabiają grawitację na tym poziomie. Wymiary te musiałyby działać w skali większej niż 10^-19 metrów, aby umożliwić łatwiejsze formowanie się mikroskopijnych czarnych dziur.

Ale tutaj znowu dowody ograniczają tę ideę. Najpotężniejszy na świecie akcelerator, Wielki Zderzacz Hadronów, działa od około roku i jak dotąd nie wytworzył czarnych dziur o masach do 4,5 TeV. Oznacza to, że wszelkie dodatkowe wymiary muszą być mniejsze niż 10^-12 metrów.

Niemniej jednak czarne dziury nadal mogą być produkowane w LHC w tempie prawdopodobnie 100 rocznie. Ale jak je rozpoznać?

Dziś Marcus Bleicher z Instytutu Badań Zaawansowanych we Frankfurcie w Niemczech wraz z kilkoma kumplami przedstawia niektóre z otwartych problemów dotyczących produkcji i wykrywania czarnych dziur w LHC, zakładając, że w ogóle to nastąpi.

Ci faceci zakładają, że po uformowaniu się mikroskopijnych czarnych dziur przejdą przez cztery fazy. Po pierwsze, następuje faza łysienia, w której nowo utworzony tylny otwór ewoluuje z wysoce asymetrycznego obiektu do bardziej symetrycznego, zrzucając swoją asymetrię poprzez promieniowanie grawitacyjne.

W drugiej fazie, zwanej fazą spin-down, czarna dziura traci masę i moment pędu emitując promieniowanie Hawkinga. Trzecia, faza Schwarzschilda, czarna dziura staje się kulista, a tempo utraty masy zwalnia. A w końcowej fazie Plancka czarna dziura znika.

Z tych faz tylko faza Schwarzschilda jest rozumiana szczegółowo, głównie ze względu na związaną z tym symetrię. Pozostałe fazy są słabo poznane, w szczególności faza Plancka, którą można opisać jedynie w kategoriach grawitacji kwantowej, która sama w sobie jest niesprawdzoną ideą.

Jedną rzeczą, która może pomóc wyjaśnić wiele z tych pytań, jest więcej danych i możliwość modernizacji LHC w pewnym momencie w przyszłości.

800-funtowy goryl w tym wszystkim jest bezpieczeństwem tego rodzaju eksperymentów. W społeczności fizyków cząstek elementarnych panuje powszechne przekonanie, że produkcja czarnych dziur jest procedurą zerowego ryzyka. Rzeczywiście, fizycy cząstek elementarnych nie tolerują dyskusji na ten temat, a Bleicher i spółka nie wspominają o tym.

Z drugiej strony zwracają uwagę, że fizyka jest wysoce spekulacyjna. W rzeczywistości interesuje ich możliwość, że te procesy ujawnią nową fizykę wykraczającą poza nasze dotychczasowe rozumienie wszechświata. Trudno to pogodzić z kategorycznymi zapewnieniami, że społeczeństwo otrzymało bezpieczeństwo.

Ocena bezpieczeństwa przeprowadzona w przeszłości nie daje pewności.. Pod koniec lat 90. list czytelnika w Amerykański naukowiec podniosło pytanie, czy Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów (RHIC) budowany wówczas w Brookhaven National Laboratory może wytworzyć czarne dziury, które mogą zniszczyć planetę.

W rezultacie dyrektor Brookhaven zlecił czterem fizykom raport na temat bezpieczeństwa maszyny. W raporcie tym stwierdzono, że prawdopodobieństwo katastrofy wynosi 2 x 10^-4, opisując to jako wygodny margines błędu. Inny raport grupy fizyków z CERN-u doszedł do niezwykle konserwatywnego wniosku [że] bezpieczne jest prowadzenie RHIC przez 500 milionów lat.

Dokumenty te były w tamtych czasach powszechnie używane, aby zapewnić opinię publiczną, a jednak obie okazały się później zawierać poważne błędy. Wygodny margines błędu to w rzeczywistości szansa 1 na 5000 – a nie taka, którą większość ludzi uznałaby za wygodną. Kiedy wskazano na to, zespół zrewidował swoje liczby, dodając kolejne zero do liczby, dzięki czemu jest to szansa 1 na 50 000, dodając, że nie próbujemy decydować, jaka jest akceptowalna górna granica [prawdopodobieństwa katastrofy].

Grupa CERN-u również zmanipulowała jej liczebność. Okazało się, że ich obliczenia sugerowały jedynie, że istnieje małe prawdopodobieństwo, że Ziemia zostanie zniszczona na bardzo wczesnym etapie w RHIC. W rzeczywistości ich obliczenia były zgodne z wysokim prawdopodobieństwem zniszczenia planety w dłuższej perspektywie.

Żaden z tych błędów nie był szeroko zgłaszany.

Tuż przed planowanym uruchomieniem LHC, CERN zlecił własny raport na temat bezpieczeństwa tego, co jest obecnie najpotężniejszym akceleratorem na świecie. W raporcie tym stwierdzono, że maszyna jest bezpieczna.

Ważnym pytaniem jest to, jakie zaufanie opinii publicznej powinien pokładać w tym raporcie. Jest wiele powodów do ostrożności, między innymi błędy, które pojawiły się we wcześniejszych ocenach.

Równie poważny jest fakt, że raport został napisany przez pięciu pracowników CERN, którzy opierali się na pracy naukowej jeszcze jednego pracownika CERN oraz naukowca oczekującego na wizytę w organizacji.

Są to ludzie, których cała kariera i utrzymanie zależały od włączenia LHC. Przy najlepszej woli na świecie trudno zrozumieć, czy był to rozsądny wybór.

Od tego czasu debata toczyła się dalej i pojawiło się wiele nowych obaw dotyczących bezpieczeństwa. Wielokrotnie omawialiśmy to na tym blogu. Te obawy nie zostały jeszcze rozwiązane.

To, co jest potrzebne, to oczywiście zbadanie bezpieczeństwa LHC przez niezależny zespół naukowców z dużym doświadczeniem w analizie ryzyka, ale bez powiązań zawodowych lub finansowych z CERN. Z pewnością można by stworzyć kompetentny zespół, chociaż ten warunek prawdopodobnie wykluczyłby większość fizyków cząstek.

Rozmowa teraz jest o Aktualizacja LHC zwiększyć jasność maszyny i jej energię do około 16,5 TeV. Bezpieczeństwo powinno być centralną częścią tych planów, a tak nie jest. Opinia publiczna powinna domagać się informacji dlaczego.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1111.0657: Mikro czarne dziury w laboratorium

ukryć