Aggiornamento: buchi neri, sicurezza e aggiornamento LHC

Aggiornamento 9 novembre In risposta ad alcuni dei commenti sottostanti, lasciatemi spiegare una delle preoccupazioni sulle garanzie standard fornite dai fisici delle particelle sulla sicurezza dell'LHC. La loro tesi è che la Terra è stata bombardata da raggi cosmici ad alta energia per miliardi di anni. Queste particelle si sarebbero scontrate con le particelle della nostra atmosfera a energie molto più elevate di quelle possibili a LHC. Quindi, se una catastrofe fosse possibile, sarebbe già avvenuta. Ciò significa che la continua esistenza della Terra, e in effetti di molti altri corpi astronomici, è una potente prova che l'LHC è sicuro. Il problema è questo: c'è una differenza importante tra le collisioni che avvengono nell'atmosfera e quelle che si verificano a LHC. I raggi cosmici colpiscono l'atmosfera a una frazione sostanziale della velocità della luce. Ciò significa che i detriti di queste collisioni viaggiano anche a una frazione sostanziale della velocità della luce, dandogli un tempo limitato per interagire con la Terra. Le collisioni all'LHC sono diverse. Questi coinvolgono due raggi, entrambi che viaggiano quasi alla velocità della luce ma si scontrano frontalmente. Quindi l'urto avviene in quiete rispetto alla Terra. Questo è un punto significativo. Significa che i detriti della collisione possono rimanere in giro più a lungo e quindi avere maggiori possibilità di interagire con la Terra. Quando si tiene conto di questo effetto, non è affatto chiaro se eventi simili si siano verificati regolarmente nella nostra atmosfera o addirittura altrove. Ciò non prova che LHC sia pericoloso, tutt'altro. Ma mostra che la garanzia di sicurezza standard non è così a tenuta stagna come i fisici delle particelle vorrebbero farci credere. Se ci sono dubbi su questa assicurazione, devono essere affrontati. Il CERN non ha affrontato questa preoccupazione o nessuna delle altre emerse da quando ha pubblicato il suo rapporto di sicurezza originale. Non è davvero sorprendente: ha un ovvio interesse acquisito nell'LHC. Ma questa situazione non può continuare. Ecco perché la sicurezza dell'LHC deve essere esaminata da un gruppo indipendente di scienziati con esperienza nell'analisi dei rischi ma senza collegamenti professionali o finanziari con il CERN. L'aggiornamento proposto all'LHC offre l'opportunità perfetta

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Post originale

Sono passati 10 anni da quando i fisici hanno sollevato per la prima volta la possibilità che gli acceleratori di particelle sulla Terra potessero produrre buchi neri microscopici. Questo fenomeno inizialmente sembrava estremamente eccitante poiché suggeriva un modo in cui gli scienziati potevano testare le loro idee sulla gravità quantistica, la teoria che riconcilia la meccanica quantistica con la relatività generale. .

Da allora, gran parte dell'entusiasmo si è spento. Si scopre che l'energia necessaria per creare questi oggetti supera di gran lunga ciò che è possibile negli acceleratori più potenti del mondo e, in effetti, è molto più di quella che si trova nel raggio cosmico più potente mai registrato.

Tuttavia, ci sono varie scappatoie che consentono la formazione di micro-buchi neri a energie più basse. La più discussa è la possibilità che l'universo abbia dimensioni extra su scale microscopiche che indeboliscono significativamente la gravità a questo livello. Queste dimensioni dovrebbero operare su una scala maggiore di 10^-19 metri per consentire la formazione di buchi neri microscopici più facilmente.

Ma anche qui, le prove stanno vincolando questa idea. L'acceleratore più potente del mondo, il Large Hadron Collider, è in funzione da circa un anno e finora non è riuscito a produrre buchi neri con masse fino a 4,5 TeV. Ciò significa che qualsiasi dimensione extra deve essere inferiore a 10^-12 metri.

Tuttavia, i buchi neri potrebbero ancora essere prodotti all'LHC a un ritmo di forse 100 all'anno. Ma come individuarli?

Oggi, Marcus Bleicher presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte in Germania e alcuni amici delineano alcuni dei problemi aperti riguardanti la produzione e il rilevamento di buchi neri all'LHC, supponendo che avvenga del tutto.

Questi ragazzi presumono che dopo la formazione di buchi neri microscopici, attraverseranno quattro fasi. Innanzitutto c'è la fase di calvizie in cui il buco posteriore appena formato evolve da un oggetto altamente asimmetrico a uno più simmetrico, perdendo la sua asimmetria attraverso la radiazione gravitazionale.

Nella seconda fase, chiamata fase di spin-down, il buco nero perde massa e momento angolare emettendo radiazione di Hawking. La terza, la fase di Schwarzschild, il buco nero diventa sferico e il tasso di perdita di massa rallenta. E nella fase finale di Planck, il buco nero scompare.

Di queste fasi, solo la fase di Schwarzschild è compresa in dettaglio, principalmente a causa della simmetria coinvolta. Le altre fasi sono poco conosciute, in particolare la fase di Planck che può essere descritta solo in termini di gravità quantistica, che è di per sé un'idea non testata.

Una cosa che potrebbe aiutare a chiarire molte di queste domande sono più dati e la possibilità di un aggiornamento a LHC ad un certo punto in futuro.

Il gorilla da 800 libbre in tutto questo è la sicurezza di questo tipo di esperimenti. C'è una convinzione diffusa nella comunità della fisica delle particelle che la produzione di buchi neri sia una procedura a rischio zero. In effetti, i fisici delle particelle non tollerano discussioni su questo argomento e Bleicher e compagni non ne parlano.

Al contrario, sottolineano che la fisica coinvolta è altamente speculativa. In effetti, ciò che li interessa è la possibilità che questi processi rivelino una nuova fisica oltre la nostra attuale comprensione dell'universo. È difficile conciliarsi con le assicurazioni categoriche che al pubblico è stata data la sicurezza.

C'è poca fiducia da guadagnare dalle valutazioni di sicurezza che sono state effettuate in passato. Alla fine degli anni '90, una lettera di un lettore in Scientifico americano ha sollevato la questione se il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), allora in costruzione presso il Brookhaven National Laboratory, potesse produrre buchi neri che potrebbero distruggere il pianeta.

Di conseguenza, il direttore di Brookhaven ha commissionato un rapporto a quattro fisici sulla sicurezza della macchina. Questo rapporto ha concluso che la probabilità di catastrofe era 2 x 10^-4, descrivendola come un comodo margine di errore. Un altro rapporto di un gruppo di fisici del CERN è giunto alla conclusione estremamente prudente [che] è sicuro far funzionare RHIC per 500 milioni di anni.

Questi documenti erano ampiamente usati all'epoca per rassicurare il pubblico, ma in seguito entrambi si rivelarono contenere gravi errori. Il margine di errore confortevole è in realtà una possibilità su 5000, non una possibilità che la maggior parte delle persone considererebbe confortevole. Quando questo è stato sottolineato, il team ha rivisto le sue cifre aggiungendo un altro zero al numero rendendolo una probabilità di 1 su 50.000, aggiungendo che non tentiamo di decidere quale sia un limite massimo accettabile per [la probabilità di un disastro].

Anche il gruppo del CERN aveva stravolto i suoi numeri. Si è scoperto che i loro calcoli suggerivano semplicemente che c'era una bassa probabilità che la Terra sarebbe stata distrutta molto presto in una corsa al RHIC. In effetti, i loro calcoli erano coerenti con un'alta probabilità di distruzione planetaria a lungo termine.

Nessuno di questi errori è stato ampiamente riportato.

Poco prima dell'accensione dell'LHC, il CERN ha commissionato il proprio rapporto sulla sicurezza di quello che oggi è l'acceleratore più potente del mondo. Questo rapporto ha concluso che la macchina era sicura.

Una domanda importante è quale fiducia il pubblico dovrebbe riporre in questo rapporto. Ci sono vari motivi per essere prudenti, non ultimi gli errori che sono comparsi nelle valutazioni precedenti.

Altrettanto grave è il fatto che il rapporto sia stato scritto da cinque dipendenti del CERN che si affidavano al lavoro scientifico di un altro dipendente del CERN e di uno scienziato con un incarico di visita in sospeso presso l'organizzazione.

Queste sono persone le cui intere carriere e mezzi di sussistenza dipendevano dall'accensione dell'LHC. Con la migliore volontà del mondo, è difficile vedere come questa sia stata una scelta sensata.

Da allora il dibattito è andato avanti, con una serie di nuove preoccupazioni sollevate sulla sicurezza. Ne abbiamo parlato in questo blog in diverse occasioni. Queste preoccupazioni devono ancora essere affrontate.

Ciò che è necessario, ovviamente, è che la sicurezza dell'LHC sia indagata da un team indipendente di scienziati con un forte background nell'analisi dei rischi ma senza legami professionali o finanziari con il CERN. Un team competente potrebbe sicuramente essere messo insieme anche se questa condizione escluderebbe probabilmente la maggior parte dei fisici delle particelle.

Il discorso ora è di an Aggiornamento LHC per aumentare la luminosità della macchina e la sua energia a circa 16,5 TeV. La sicurezza dovrebbe essere una parte centrale di questi piani, eppure non lo è. Il pubblico dovrebbe chiedere di sapere perché.

Rif: arxiv.org/abs/1111.0657: Micro buchi neri in laboratorio

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