Uppdatering: Svarta hål, säkerhet och LHC-uppgraderingen

Uppdatering 9 november Som svar på några av kommentarerna nedan, låt mig förklara en av farhågorna över de standardförsäkran som givits av partikelfysiker om säkerheten hos LHC. Deras argument är att jorden har bombarderats av kosmiska strålar med hög energi i miljarder år. Dessa partiklar skulle ha kolliderat med partiklar i vår atmosfär med mycket högre energier än vad som är möjligt vid LHC. Så om en katastrof var möjlig så hade det hänt vid det här laget. Det betyder att jordens fortsatta existens, och faktiskt många andra astronomiska kroppar, är ett kraftfullt bevis på att LHC är säker. Problemet är detta: det finns en viktig skillnad mellan de kollisioner som sker i atmosfären och de som sker vid LHC. Kosmiska strålar träffar atmosfären med en betydande bråkdel av ljusets hastighet. Det betyder att skräpet från dessa kollisioner också färdas med en betydande bråkdel av ljusets hastighet, vilket ger det begränsad tid att interagera med jorden. Kollisionerna vid LHC är annorlunda. Dessa involverar två strålar, båda färdas med nästan ljusets hastighet men kolliderar frontalt. Så kollisionen sker i vila med avseende på jorden. Det är en viktig poäng. Det betyder att skräpet från kollisionen kan hänga kvar längre och därmed ha en större chans att interagera med jorden. När man tar hänsyn till denna effekt är det inte alls klart att liknande händelser har ägt rum regelbundet i vår atmosfär eller faktiskt någon annanstans. Det bevisar inte att LHC är farligt, långt ifrån. Men det visar att standardsäkerhetsgarantin inte är så vattentät som partikelfysiker skulle få oss att tro. Om det finns några tvivel om denna försäkran måste de åtgärdas. CERN har inte tagit itu med denna oro eller någon av de andra som har dykt upp sedan den publicerade sin ursprungliga säkerhetsrapport. Det är egentligen inte förvånande: det har ett uppenbart egenintresse i LHC. Men denna situation kan inte fortsätta. Det är därför säkerheten för LHC måste granskas av en oberoende grupp forskare med bakgrund i riskanalys men inga professionella eller ekonomiska kopplingar till CERN. Den föreslagna uppgraderingen till LHC ger den perfekta möjligheten

_________________________________

Originalinlägg

Det har gått 10 år nu sedan fysiker först tog upp möjligheten att partikelacceleratorer på jorden kunde producera mikroskopiska svarta hål. Detta fenomen verkade till en början enormt spännande eftersom det antydde ett sätt som forskare kunde testa sina idéer om kvantgravitation, teorin som förenar kvantmekanik med allmän relativitet. .

Sedan dess har mycket av spänningen lagt sig. Det visar sig att energin som krävs för att skapa dessa objekt vida överstiger vad som är möjligt i världens mest kraftfulla acceleratorer och faktiskt är mycket mer än vad som finns i den mest kraftfulla kosmiska strålen som någonsin registrerats.

Det finns olika kryphål som gör att mikrosvarta hål kan bildas vid lägre energier. Den mest diskuterade är möjligheten att universum har extra dimensioner på mikroskopiska skalor som avsevärt försvagar gravitationen på denna nivå. Dessa dimensioner skulle behöva arbeta i en skala större än 10^-19 meter för att tillåta mikroskopiska svarta hål att bildas lättare.

Men här igen, bevisen begränsar denna idé. Världens mest kraftfulla accelerator, Large Hadron Collider, har varit igång i ett år eller så och hittills misslyckats med att producera svarta hål med massor upp till 4,5 TeV. Det betyder att alla extra mått måste vara mindre än 10^-12 meter stora.

Ändå kunde svarta hål fortfarande produceras vid LHC med en hastighet av kanske 100 per år. Men hur upptäcker man dem?

Idag beskriver Marcus Bleicher vid Frankfurt-institutet för avancerade studier i Tyskland och några kompisar några av de öppna problemen som rör produktion och upptäckt av svarta hål vid LHC, förutsatt att det överhuvudtaget äger rum.

Dessa killar antar att efter att mikroskopiska svarta hål bildats, skulle de gå igenom fyra faser. Först är det skallighetsfasen där det nybildade bakre hålet utvecklas från ett mycket asymmetriskt föremål till ett mer symmetriskt, vilket avger sin asymmetri genom gravitationsstrålning.

I den andra fasen, kallad spin-down-fasen, förlorar det svarta hålet massa och rörelsemängd genom att sända ut Hawking-strålning. Den tredje, Schwarzschild-fasen, det svarta hålet blir sfäriskt och hastigheten för massförlust saktar ner. Och i den sista Planck-fasen blinkar det svarta hålet ur existensen.

Av dessa faser förstås endast Schwarzschild-fasen i någon detalj, huvudsakligen på grund av symmetrin. De andra faserna är dåligt förstådda, särskilt Planck-fasen som bara kan beskrivas i termer av kvantgravitation, som i sig är en oprövad idé.

En sak som skulle kunna hjälpa till att klargöra många av dessa frågor är mer data och möjligheten till en uppgradering till LHC någon gång i framtiden.

Gorillan på 800 pund i allt detta är säkerheten för den här typen av experiment. Det finns en utbredd uppfattning inom partikelfysiksamhället att produktion av svarta hål är en riskfri procedur. Faktum är att partikelfysiker inte diskuterade detta ämne och Bleicher och co nämner det inte.

Däremot påpekar de att den involverade fysiken är mycket spekulativ. Det som verkligen intresserar dem är möjligheten att dessa processer kommer att avslöja ny fysik bortom vår befintliga förståelse av universum. Det är svårt att förena med de kategoriska försäkringarna att allmänheten har fått över säkerheten.

Det finns lite förtroende att vinna från säkerhetsanalyser som har genomförts tidigare.. Tillbaka i slutet av 90-talet, ett läsarbrev i Scientific American tog upp frågan om den relativistiska tunga jonkollideraren (RHIC) som då byggdes vid Brookhaven National Laboratory, skulle kunna producera svarta hål som kan förstöra planeten.

Som ett resultat beställde Brookhavens direktör en rapport från fyra fysiker om maskinens säkerhet. Denna rapport drog slutsatsen att sannolikheten för katastrof var 2 x 10^-4, vilket beskrev detta som en bekväm felmarginal. En annan rapport från en grupp CERN-fysiker kom till den extremt konservativa slutsatsen [att] det är säkert att driva RHIC i 500 miljoner år.

Dessa papper användes flitigt vid den tiden för att ge allmänheten trygghet och ändå visade sig båda senare innehålla allvarliga fel. Den bekväma felmarginalen är faktiskt en chans på 1 på 5000 – inte en som de flesta skulle anse vara bekväm. När detta påpekades reviderade teamet sina siffror genom att lägga till ytterligare en nolla på siffran, vilket gjorde det till en chans på 1 på 50 000, och tillade att vi inte försöker bestämma vad som är en acceptabel övre gräns för [sannolikheten för en katastrof].

CERN-gruppen hade också förvanskat sina siffror. Det visade sig att deras beräkningar bara antydde att det var låg sannolikhet att jorden skulle förstöras mycket tidigt i en körning vid RHIC. Faktum är att deras beräkningar överensstämde med en hög sannolikhet för planetarisk förstörelse på lång sikt.

Inget av dessa fel rapporterades allmänt.

Strax innan LHC skulle slås på, beställde CERN en egen rapport om säkerheten för vad som nu är världens mest kraftfulla accelerator. Denna rapport drog slutsatsen att maskinen var säker.

En viktig fråga är vilket förtroende allmänheten ska ha för denna rapport. Det finns olika skäl att vara försiktig, inte minst är de fel som framkommit i tidigare bedömningar.

Lika allvarligt är det att rapporten skrevs av fem anställda vid CERN som förlitade sig på det vetenskapliga arbetet från en annan CERN-anställd och en forskare med en väntande besökstjänst vid organisationen.

Det här är människor vars hela karriärer och uppehälle berodde på att LHC var påslagen. Med den bästa viljan i världen är det svårt att se hur detta var ett vettigt val.

Sedan dess har debatten gått vidare, med ett antal nya farhågor om säkerheten. Vi har tagit upp detta i den här bloggen vid flera tillfällen. Dessa farhågor har ännu inte åtgärdats.

Vad som naturligtvis behövs är att säkerheten för LHC ska undersökas av ett oberoende team av forskare med en stark bakgrund inom riskanalys men utan professionella eller ekonomiska kopplingar till CERN. Ett kompetent team skulle säkert kunna sättas ihop även om detta tillstånd förmodligen skulle utesluta de flesta partikelfysiker.

Nu handlar det om en LHC uppgradering för att öka maskinens ljusstyrka och dess energi till cirka 16,5 TeV. Säkerhet bör vara en central del av dessa planer och ändå är den inte det. Allmänheten bör kräva att få veta varför.

Ref: arxiv.org/abs/1111.0657: Mikrosvarta Hål I Laboratoriet

Dölj