Update: zwarte gaten, veiligheid en de LHC-upgrade

Update 9 november In reactie op enkele van de onderstaande opmerkingen, wil ik u een van de zorgen uitleggen over de standaardgaranties die deeltjesfysici geven over de veiligheid van de LHC. Hun argument is dat de aarde al miljarden jaren wordt gebombardeerd door hoogenergetische kosmische straling. Deze deeltjes zouden in botsing zijn gekomen met deeltjes in onze atmosfeer met veel hogere energieën dan mogelijk is bij de LHC. Dus als een catastrofe mogelijk was, zou het allang gebeurd zijn. Dat betekent dat het voortbestaan ​​van de aarde, en inderdaad van vele andere astronomische lichamen, een krachtig bewijs is dat de LHC veilig is. Het probleem is dit: er is een belangrijk verschil tussen de botsingen die plaatsvinden in de atmosfeer en die bij de LHC. Kosmische stralen raken de atmosfeer met een aanzienlijk deel van de lichtsnelheid. Dat betekent dat het puin van deze botsingen ook met een aanzienlijk deel van de lichtsnelheid reist, waardoor het beperkte tijd heeft om met de aarde te communiceren. De aanrijdingen bij de LHC zijn anders. Hierbij zijn twee bundels betrokken, die beide met bijna de lichtsnelheid reizen, maar frontaal botsen. Dus de botsing vindt plaats in rust ten opzichte van de aarde. Dat is een belangrijk punt. Het betekent dat het puin van de botsing langer kan blijven hangen en dus een grotere kans heeft op interactie met de aarde. Wanneer dit effect in aanmerking wordt genomen, is het helemaal niet duidelijk dat soortgelijke gebeurtenissen regelmatig in onze atmosfeer of zelfs ergens anders hebben plaatsgevonden. Dat bewijst niet dat de LHC gevaarlijk is, verre van dat. Maar het laat wel zien dat de standaard veiligheidsgarantie niet zo waterdicht is als deeltjesfysici ons willen doen geloven. Als er twijfels zijn over deze zekerheid, moeten deze worden aangepakt. CERN heeft deze zorg of een van de andere die naar voren zijn gekomen sinds de publicatie van het oorspronkelijke veiligheidsrapport niet aangepakt. Dat is niet echt verwonderlijk: het heeft een duidelijk gevestigd belang in de LHC. Maar deze situatie kan niet voortduren. Daarom moet de veiligheid van de LHC worden beoordeeld door een onafhankelijke groep wetenschappers met een achtergrond in risicoanalyse, maar zonder professionele of financiële banden met CERN. De voorgestelde upgrade naar de LHC biedt de perfecte gelegenheid

____________________________________

Origineel bericht

Het is nu 10 jaar geleden dat natuurkundigen voor het eerst de mogelijkheid naar voren brachten dat deeltjesversnellers op aarde microscopisch kleine zwarte gaten zouden kunnen produceren. Dit fenomeen leek aanvankelijk enorm opwindend, omdat het hintte naar een manier waarop wetenschappers hun ideeën over kwantumzwaartekracht kunnen testen, de theorie die kwantummechanica verzoent met de algemene relativiteitstheorie. .

Sindsdien is veel van de opwinding weggeëbd. Het blijkt dat de energie die nodig is om deze objecten te creëren veel groter is dan wat mogelijk is in 's werelds krachtigste versnellers en inderdaad veel meer is dan gevonden in de krachtigste kosmische straling die ooit is geregistreerd.

Er zijn echter verschillende mazen in de wet waardoor micro-zwarte gaten zich kunnen vormen bij lagere energieën. Het meest besproken is de mogelijkheid dat het heelal extra dimensies heeft op microscopische schalen die de zwaartekracht op dit niveau aanzienlijk verzwakken. Deze dimensies zouden op een schaal van meer dan 10^-19 meter moeten werken om microscopisch kleine zwarte gaten gemakkelijker te kunnen vormen.

Maar nogmaals, het bewijs beperkt dit idee. 'S Werelds krachtigste versneller, de Large Hadron Collider, draait al een jaar of zo en heeft tot nu toe geen zwarte gaten met een massa tot 4,5 TeV geproduceerd. Dat betekent dat eventuele extra afmetingen kleiner moeten zijn dan 10^-12 meter.

Desalniettemin zouden er in de LHC nog steeds zwarte gaten kunnen worden geproduceerd met een snelheid van misschien 100 per jaar. Maar hoe kun je ze herkennen?

Vandaag schetsen Marcus Bleicher van het Frankfurt Institute for Advanced Studies in Duitsland en een paar vrienden enkele van de openstaande problemen met betrekking tot de productie en detectie van zwarte gaten bij de LHC, ervan uitgaande dat het überhaupt plaatsvindt.

Deze jongens gaan ervan uit dat ze, nadat microscopisch kleine zwarte gaten zijn gevormd, vier fasen zouden doorlopen. Ten eerste is er de kalende fase waarin het nieuw gevormde achterste gat evolueert van een zeer asymmetrisch object naar een meer symmetrisch object, waarbij het zijn asymmetrie verliest door zwaartekrachtstraling.

In de tweede fase, de spin-down fase genoemd, verliest het zwarte gat massa en impulsmoment door het uitzenden van Hawking-straling. De derde, de Schwarzschild-fase, het zwarte gat wordt bolvormig en de snelheid van massaverlies vertraagt. En in de laatste Planck-fase knipoogt het zwarte gat weg.

Van deze fasen wordt alleen de Schwarzschild-fase in enig detail begrepen, voornamelijk vanwege de betrokken symmetrie. De andere fasen zijn slecht begrepen, met name de Planck-fase die alleen kan worden beschreven in termen van kwantumzwaartekracht, wat zelf een onbeproefd idee is.

Een ding dat veel van deze vragen kan helpen verduidelijken, zijn meer gegevens en de mogelijkheid van een upgrade naar de LHC in de toekomst.

De gorilla van 800 pond in dit alles is de veiligheid van dit soort experimenten. Er is een wijdverbreid geloof in de deeltjesfysica-gemeenschap dat de productie van zwarte gaten een procedure zonder risico is. Inderdaad, deeltjesfysici dulden geen discussie over dit onderwerp en Bleicher en co noemen het niet.

Daarentegen wijzen ze erop dat de betrokken fysica zeer speculatief is. Wat hen interesseert, is de mogelijkheid dat deze processen nieuwe fysica zullen onthullen die verder gaat dan ons bestaande begrip van het universum. Dat is moeilijk te rijmen met de categorische garanties die het publiek heeft gekregen over veiligheid.

Veiligheidsbeoordelingen die in het verleden zijn uitgevoerd, hebben weinig vertrouwen. Eind jaren 90 schreef een lezer in Wetenschappelijke Amerikaan riep de vraag op of de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) die toen in het Brookhaven National Laboratory werd gebouwd, zwarte gaten zou kunnen produceren die de planeet zouden kunnen vernietigen.

De directeur van Brookhaven liet daarom vier natuurkundigen een rapport opstellen over de veiligheid van de machine. Dit rapport concludeerde dat de kans op een catastrofe 2 x 10^-4 was, wat dit beschrijft als een comfortabele foutmarge. Een ander rapport van een groep CERN-natuurkundigen kwam tot de uiterst conservatieve conclusie [dat] het veilig is om RHIC 500 miljoen jaar te gebruiken.

Deze papieren werden destijds veel gebruikt om het publiek gerust te stellen, maar bleken later ernstige fouten te bevatten. De comfortabele foutmarge is eigenlijk een kans van 1 op 5000 - niet een die de meeste mensen als comfortabel zouden beschouwen. Toen dit werd opgemerkt, herzag het team zijn cijfers door nog een nul toe te voegen aan het getal, waardoor het een kans van 1 op 50.000 werd, eraan toevoegend dat we niet proberen te beslissen wat een acceptabele bovengrens is voor [de kans op een ramp].

De CERN-groep had ook zijn aantal verminkt. Het bleek dat hun berekeningen slechts suggereerden dat er een kleine kans was dat de aarde al heel vroeg zou worden vernietigd tijdens een run bij RHIC. In feite waren hun berekeningen consistent met een hoge waarschijnlijkheid van planetaire vernietiging op lange termijn.

Geen van deze fouten werd op grote schaal gemeld.

Net voordat de LHC zou worden ingeschakeld, heeft CERN een eigen rapport laten opstellen over de veiligheid van wat nu 's werelds krachtigste versneller is. Dit rapport concludeerde dat de machine veilig was.

Een belangrijke vraag is welk vertrouwen het publiek in dit rapport moet stellen. Er zijn verschillende redenen om voorzichtig te zijn, niet in de laatste plaats de fouten die in eerdere beoordelingen naar voren kwamen.

Even serieus is het feit dat het rapport is geschreven door vijf medewerkers van CERN die vertrouwden op het wetenschappelijke werk van een andere CERN-medewerker en een wetenschapper met een hangende bezoekfunctie bij de organisatie.

Dit zijn mensen wiens hele carrière en levensonderhoud afhing van het inschakelen van de LHC. Met de beste wil van de wereld is het moeilijk in te zien hoe dit een verstandige keuze was.

Sindsdien is het debat verder gegaan en zijn er een aantal nieuwe zorgen geuit over de veiligheid. We hebben dit in deze blog meermaals behandeld. Deze zorgen moeten nog worden weggenomen.

Wat natuurlijk nodig is, is dat de veiligheid van de LHC wordt onderzocht door een onafhankelijk team van wetenschappers met een sterke achtergrond in risicoanalyse, maar zonder professionele of financiële banden met CERN. Er zou zeker een competent team kunnen worden samengesteld, ook al zou deze toestand waarschijnlijk de meeste deeltjesfysici uitsluiten.

Het gesprek is nu van een LHC-upgrade om de lichtsterkte en de energie van de machine te verhogen tot ongeveer 16,5 TeV. Veiligheid zou centraal moeten staan ​​in deze plannen, maar is dat niet. Het publiek zou moeten weten waarom.

Referentie: arxiv.org/abs/1111.0657: Micro zwarte gaten in het laboratorium

zich verstoppen