Opdatering: Sorte huller, sikkerhed og LHC-opgraderingen

Opdatering 9. november Som svar på nogle af kommentarerne nedenfor, lad mig forklare en af ​​bekymringerne over standardgarantierne givet af partikelfysikere om sikkerheden af ​​LHC. Deres argument er, at Jorden er blevet bombarderet af højenergi kosmiske stråler i milliarder af år. Disse partikler ville have kollideret med partikler i vores atmosfære ved meget højere energier, end det er muligt ved LHC. Så hvis en katastrofe var mulig, ville den være sket nu. Det betyder, at Jordens fortsatte eksistens, og faktisk mange andre astronomiske kroppe, er et kraftfuldt bevis på, at LHC er sikker. Problemet er dette: der er en vigtig forskel mellem de kollisioner, der opstår i atmosfæren, og dem, der sker ved LHC. Kosmiske stråler rammer atmosfæren med en væsentlig brøkdel af lysets hastighed. Det betyder, at affaldet fra disse kollisioner også rejser med en væsentlig brøkdel af lysets hastighed, hvilket giver det begrænset tid til at interagere med Jorden. Kollisionerne ved LHC er anderledes. Disse involverer to stråler, der begge rejser med næsten lysets hastighed, men kolliderer frontalt. Så kollisionen sker i hvile i forhold til Jorden. Det er en væsentlig pointe. Det betyder, at affaldet fra kollisionen kan hænge længere og dermed have større chance for at interagere med Jorden. Når denne effekt tages i betragtning, er det slet ikke klart, at lignende begivenheder har fundet sted regelmæssigt i vores atmosfære eller faktisk andre steder. Det beviser ikke, at LHC er farligt, langt fra. Men det viser, at standardsikkerhedsgarantien ikke er så vandtæt, som partikelfysikere vil have os til at tro. Hvis der er tvivl om denne forsikring, skal de tages op. CERN har ikke behandlet denne bekymring eller nogen af ​​de andre, der er dukket op, siden den offentliggjorde sin oprindelige sikkerhedsrapport. Det er egentlig ikke overraskende: det har en åbenlys egeninteresse i LHC. Men denne situation kan ikke fortsætte. Det er grunden til, at LHC's sikkerhed skal gennemgås af en uafhængig gruppe af forskere med baggrund i risikoanalyse, men ingen faglige eller økonomiske forbindelser med CERN. Den foreslåede opgradering til LHC giver den perfekte mulighed

________________________________

Originalt indlæg

Det er nu 10 år siden, at fysikere første gang rejste muligheden for, at partikelacceleratorer på Jorden kunne producere mikroskopiske sorte huller. Dette fænomen virkede oprindeligt enormt spændende, da det antydede en måde, hvorpå videnskabsmænd kunne teste deres ideer om kvantetyngdekraften, teorien, der forener kvantemekanik med generel relativitet. .

Siden da er meget af begejstringen lagt sig. Det viser sig, at den energi, der kræves for at skabe disse objekter, langt overstiger, hvad der er muligt i verdens mest kraftfulde acceleratorer og faktisk er langt mere end fundet i den mest kraftfulde kosmiske stråle, der nogensinde er registreret.

Der er dog forskellige smuthuller, der tillader mikrosorte huller at dannes ved lavere energier. Den mest diskuterede er muligheden for, at universet har ekstra dimensioner på mikroskopiske skalaer, der væsentligt svækker tyngdekraften på dette niveau. Disse dimensioner skal fungere i en skala større end 10^-19 meter for at tillade, at mikroskopiske sorte huller lettere kan dannes.

Men her igen begrænser beviserne denne idé. Verdens mest kraftfulde accelerator, Large Hadron Collider, har kørt i et år eller deromkring og har hidtil ikke kunnet producere sorte huller med masser op til 4,5 TeV. Det betyder, at eventuelle ekstra dimensioner skal være mindre end 10^-12 meter store.

Ikke desto mindre kunne sorte huller stadig produceres ved LHC med en hastighed på måske 100 om året. Men hvordan får man øje på dem?

I dag skitserer Marcus Bleicher ved Frankfurt Institute for Advanced Studies i Tyskland og et par venner nogle af de åbne problemer vedrørende sorte hullers produktion og detektion på LHC, forudsat at det overhovedet finder sted.

Disse fyre antager, at efter at mikroskopiske sorte huller er dannet, vil de gå gennem fire faser. Først er der den skaldede fase, hvor det nydannede bagerste hul udvikler sig fra et meget asymmetrisk objekt til et mere symmetrisk objekt, der afgiver sin asymmetri gennem gravitationsstråling.

I den anden fase, kaldet spin-down-fasen, mister det sorte hul masse og vinkelmomentum ved at udsende Hawking-stråling. Den tredje, Schwarzschild-fasen, det sorte hul bliver sfærisk, og hastigheden af ​​massetab aftager. Og i den sidste Planck-fase blinker det sorte hul ud af eksistensen.

Af disse faser er det kun Schwarzschild-fasen, der forstås i detaljer, hovedsagelig på grund af den involverede symmetri. De andre faser er dårligt forstået, især Planck-fasen, som kun kan beskrives i form af kvantetyngdekraft, som i sig selv er en uafprøvet idé.

En ting, der kunne hjælpe med at afklare mange af disse spørgsmål, er flere data og muligheden for en opgradering til LHC på et tidspunkt i fremtiden.

Den 800 pund gorilla i alt dette er sikkerheden ved denne slags eksperimenter. Der er en udbredt tro i partikelfysiksamfundet, at produktion af sorte huller er en nulrisikoprocedure. Faktisk har partikelfysikere ingen diskussion om dette emne, og Bleicher og co nævner det ikke.

Derimod påpeger de, at den involverede fysik er meget spekulativ. Det, der interesserer dem, er muligheden for, at disse processer vil afsløre ny fysik ud over vores eksisterende forståelse af universet. Det er svært at forene med de kategoriske forsikringer om, at offentligheden har fået over sikkerhed.

Der er lidt tillid at hente fra sikkerhedsvurderinger, der er blevet udført tidligere.. Tilbage i slutningen af ​​90'erne, et læserbrev i Scientific American rejste spørgsmålet om, hvorvidt Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), der dengang blev bygget ved Brookhaven National Laboratory, kunne producere sorte huller, der kunne ødelægge planeten.

Som et resultat bestilte Brookhavens direktør en rapport fra fire fysikere om maskinens sikkerhed. Denne rapport konkluderede, at sandsynligheden for katastrofe var 2 x 10^-4, hvilket beskriver dette som en behagelig fejlmargin. En anden rapport fra en gruppe CERN-fysikere kom til den ekstremt konservative konklusion, at det er sikkert at køre RHIC i 500 millioner år.

Disse papirer blev i vid udstrækning brugt på det tidspunkt for at give tryghed til offentligheden, og dog viste sig begge senere at indeholde alvorlige fejl. Den behagelige fejlmargin er faktisk en chance på 1 ud af 5000 – ikke en, som de fleste mennesker ville anse som behagelig. Da dette blev påpeget, reviderede holdet sine tal ved at tilføje endnu et nul til tallet, hvilket gjorde det til en chance på 1 ud af 50.000, og tilføjede, at vi ikke forsøger at beslutte, hvad der er en acceptabel øvre grænse for [sandsynligheden for en katastrofe].

CERN-gruppen havde også ødelagt sit antal. Det viste sig, at deres beregninger blot antydede, at der var en lav sandsynlighed for, at Jorden ville blive ødelagt meget tidligt i en løbetur ved RHIC. Faktisk var deres beregninger i overensstemmelse med en høj sandsynlighed for planetarisk ødelæggelse på lang sigt.

Ingen af ​​disse fejl blev rapporteret bredt.

Lige før LHC skulle tændes, bestilte CERN sin egen rapport om sikkerheden af ​​det, der nu er verdens mest kraftfulde accelerator. Denne rapport konkluderede, at maskinen var sikker.

Et vigtigt spørgsmål er, hvilken tillid offentligheden skal have til denne rapport. Der er forskellige grunde til at være forsigtig, ikke mindst de fejl, der har vist sig i tidligere vurderinger.

Lige så alvorligt er det, at rapporten er skrevet af fem medarbejdere på CERN, som stolede på det videnskabelige arbejde fra en anden CERN-medarbejder og en videnskabsmand med en ventende besøgsstilling i organisationen.

Det er mennesker, hvis hele karrierer og levebrød var afhængige af, at LHC blev tændt. Med den bedste vilje i verden er det svært at se, hvordan dette var et fornuftigt valg.

Siden da er debatten gået videre, og der er rejst en række nye bekymringer vedrørende sikkerheden. Vi har dækket dette i denne blog ved flere lejligheder. Disse bekymringer er endnu ikke behandlet.

Det, der selvfølgelig er nødvendigt, er, at LHC's sikkerhed undersøges af et uafhængigt team af forskere med en stærk baggrund i risikoanalyse, men uden faglige eller økonomiske forbindelser til CERN. Et kompetent team kunne sikkert sammensættes, selvom denne tilstand sandsynligvis ville udelukke de fleste partikelfysikere.

Snakken går nu på en LHC opgradering at øge maskinens lysstyrke og dens energi til omkring 16,5 TeV. Sikkerhed bør være en central del af disse planer, og alligevel er det ikke. Offentligheden bør kræve at vide hvorfor.

Ref: arxiv.org/abs/1111.0657: Mikro sorte huller i laboratoriet

skjule