Вторник, Юни 10, 2008

Защо няма да настъпи краят на света с ускорителя LHC

Често получавам коментари и имейли с въпроси дали предстоящите експерименти в Големия адронов колайдер (LHC) са опасни и могат да направят голяма беля. Дори попаднах на цяла тема по този въпрос в един форум. Искам ми се да систематизирам причините защо това няма да се случи.

Какво ще се случва в LHC?

По време на експериментите физиците ще ускоряват елементарни частици (адрони) в кръгов тунел с помощта на свръхпроводими магнити, които за целта са охладени почти до абсолютната нула. Ще се ускоряват два лъча в противоположни посоки, които ще се сблъскват в огромни детектори. При сблъсъците се създават плеяда от частици, като целта е да се установят характеристиките, траекториите и скоростите им преди да се разпаднат.

Опасни ли са тези сблъсъци?

LHC е най-мощният ускорител на частици, правен някога от човека. Имаме нужда от него, за да можем да надзърнем по-дълбоко в тайните на Вселената. Някои хора се притесняват, но учените ни уверяват, че опасност няма. Основните притеснения са следните:

Много мощни сблъсъци на частици?


Сблъсъците в ускорителя действително ще са най-енергичните, правени някога в лаборатория, но са далеч от мощността на колизиите, ставащи постоянно в природата. При избухване на свръхнови или при раждане на черни дупки се образуват т. нар. космически лъчи. Тези лъчи са с огромни енергии и пътуват от краищата на Вселената почти със скоростта на светлината, прекосяват милиарди светлинни години и се случва да навлезнат в земната атмосфера, при което неминуемо някои от тях се сблъскват с частици от атмосферата. LHC не прави нищо друго, освен да пресъздава подобни естествени събития в лаборатория, но в много по-малък мащаб. Такива сблъсъци са ставали в продължение на 4.5 милиарда години тук на Земята, както и на Луната, Марс, Слънцето и другите планети, и досега не е установено да са им навредили.

Създаване на черни дупки?


Черни дупки се образуват при колапс на масивни звезди, при което огромна маса се концентрира в една точка. Колкото по-малка е масата на звездата (или енергията), толкова по-слабо е привличането. Според някои физици в LHC могат да се създадат микроскопични черни дупки (с големината на протон), но това е възможно само ако съществуват допълнителни измерения. Дори и да е така, енергията на мини черните дупки не може да е по-голяма от енергията на създалите ги адрони. Това значи, че те няма да имат необходимата сила, за да погълнат каквато и да е материя (дори и да са се образували във вътрешността на най-плътните познати ни обекти — неутронните звезди). Нито необходимото време, защото черните дупки губят маса в процес, наречен изпарение. Колкото по-малки са те, толкова по-интензивно се изпаряват. Тези мини черни дупки ще съществуват само за частица от секундата преди да изчезнат. Освен това, ако при сблъсъци в ускорителя могат да се създадат мини черни дупки, то такива са създавани в продължение на милиарди години от космическите лъчи. И все пак досега Земята не е погълната.

Пресъздаване на Големия взрив?

Енергията в ускорените частици е силно концентрирана, но по абсолютна стойност е много по-малка от енергиите в ежедневието ни. Когато физиците казват, че ще пресъздадат Големия взрив те нямат предвид, че ще стане гигантска експлозия, от която ще се роди нова вселена, а че за много кратко време в силно концентрираната зона на сблъсъка (с размер на един протон) плътността на енергията ще бъде като тази моменти след Големия взрив.

Strangelets?

Стрейнджлетите са хипотетични частици, неоткрити досега, които са съставени изцяло от странни (strange) кварки. Те са по-тежки от нормалните кварки, съставляващи нормалната материя, поради което са силно нестабилни. Дори и да съществуват, електромагнитните им свойства ще ги отблъскват от нормалната материя и те просто ще се разпадат за части от секундата.

Радиация?

При ускорителите не може да се елиминира радиоактивното излъчване, понеже то е неизбежна част от изследваните процеси. В ЦЕРН са взети всички възможни мерки, за да се намали до минимум облъчването на персонала и изтичането на радиация в околната среда. Спазени са швейцарските, френските и общите европейски директиви по отношение на допустимата радиация. LHC е разположен в тунел на 100 метра под земята, което значи, че радиацията при работа на ускорителя, както и остатъчната радиация, няма да могат да изтичат. Само изпомпваният въздух ще бъде слабо радиоактивен: с интензитет около 240 пъти по-нисък от този на естествения радиоактивен фон, породен от същите онези космически лъчи и други природни източници.

Всички тези причини да не се притесняваме за безопасността ни не са просто измислени от група хора, а са резултат от десетилетия научни изследвания в държави от цял свят. Разбира се, има много малка вероятност всичките физици по света да са сбъркали, както и има вероятност "LHC да създаде дракони, които да ни изядат" ¹ :)

Без навлизане в неизвестното няма научно-технически прогрес. Все някой трябва да може да прецени дали даден експеримент е рисков и дали може да се извърши, а аз лично съм по-склонен да се доверя на физиците, отколкото на 99% от останалите хора по земята, които и идея си нямат за какво става въпрос.

За допълнителна информация (in English):
Cern.ch: Safety at the LHC
Специализиран доклад, публикуван в САЩ [pdf - 265 KB]
Специализиран доклад, публикуван в Европа [pdf - 172 KB]
Backreaction: Black holes at LHC - again

________
¹ Думи на д-р Аркани-Хамед в статия на NYTimes.

12 бр. коментари:

Анонимен каза...

Доколкото знам, това, че черните дупки ще се изпаряват не е напълно сигурно, защото Стивън Хокинг все пак може да не се окаже прав.
Александър Александров

Анонимен каза...

Филип, аз също съм убеден във важността на опитите, с оглед бъдещото развитие на човечеството. И все пак си мисля, че човечеството можеше да изчака още стотина години, докато успеем да създадем подобен ускорител на Марс и ако ще пресъздаваме условията, близки до тези непосредствено след Големия взрив, все пак да не го правим на Земята (камо ли в една от страните с най-хубава природа). Мисля, че познание от подобен характер може да изчака още 1-2 века. (погледнато от Вселенска гледна точка ;). Разбира се трябва да вярваме на научната общност. Успокояващо е, че няколко хиляди физици ще следят проекта, а той не се осъществява от някаква затворена политическа система (каквито бяха условията при Чернобил).
Александър Александров

Filip Stoyanov каза...

Привет, Александър.

Изпарението на черните дупки не е наблюдавано експериментално, но теоретичните основи, на които е стъпило са изключително здрави. Всъщност, за близо 35 години никой не е опровергал разработките на Хокинг.

Иначе идеята да отложим строежа на LHC с един век е равносилна на това да го прекратим - 100 години са прекалено много. Никой не знае какво ще е след 30, камо ли след 100. Можем само да спекулираме. Само че гадаенето няма никаква стойност, особено като не сме специалисти.

Сега имаме възможността да доведем този проект до край и вероятно да научим неща, които да ни помогнат след 100 години да знаем повече за Вселената и да подготвим следващия голям експеримент. LHC се разработва от 15 години и са вложени страшно много усилия и пари, за да го отхвърлим с лека ръка. А аргументите против глобален катаклизъм са много силни.

Поне повечето сериозни физици мислят така :)

Анонимен каза...

Лично аз смятам Хокинг за най-големия жив гений. Обаче това, че една теза не е опровергана 35 години, не значи, че няма да бъде и "лъчението на Хокинг" не прави изключение, според мен.
Иначе, четох двата доклада на сайта на CERN, които отхвърлят катастрофичен сценарий. Действително има много сериозни институции зад тях - МИТ, Йейл, Принстън, Оксфорд, Хайделберг. Ясно е, че ако цялата научна общност подкрепя проекта, то опасност най-вероятно няма.
Александър Александров

Filip Stoyanov каза...

Разбира се, така е. Трябва да изчакаме да видим дали опитът ще потвърди изпарението.

Мисля не е преувеличение това, че цялата научна общност подкрепя проекта. Според мен и ние като част от широката общественост трябва да го подкрепим. Интересни месеци предстоят :)

Анонимен каза...

Само да вметна. Може да се направи такъв колайдер на Марс, както предлага Александър и той да създаде черна дупка, която да изяде планетата, а не Земята. Но ако той си мисли, че това няма да се отрази на Земята, жестоко се лъже. Изчезването на Марс ще наруши гравитационното равновесие в района и това ще доведе до катастрофални последици за нас.

Анонимен каза...

Филип, здравей отново.
Единствено от аргументите ти не мога да приема това, че в LHC са вложени много пари, като причина да не бъде спрян.
Според мен парите не бива да са фактор, ако става въпрос за сигурността и екологията. В много знакови катастрофи, като тези с Титаник и Чернобил, ако не се лъжа е имало икономически подбуди.
Независимо дали има, или няма опасност, това няма нищо общо с парите.
Иначе всички чакаме с интерес какво ще открият. Може пък да се окаже, че не е имало никакъв голям взрив ... :)
Александър Александров

Анонимен каза...

:) в интерес на истината съм съгласен с горния коментар за Марс. Черна дупка на Марс или на Земята е все тая ...
Александър Александров

Filip Stoyanov каза...

Всъщност ако се прави колайдер извън Земята, май най-добре е да е на Луната, понеже е по-близо и така или иначе трябва да я колонизираме скоро :)

Александър, прав си за парите. Те не са и не бива да са аргумент.

Между другото, тези черни дупки, за които толкова се говори, доста учени дори се съмняват, че въобще съществуват. Ако ги открием това ще е доказателство по-скоро за наличието на допълнителни скрити измерения, което е далеч по-важно откритие отколкото самите мини черни дупки. Аз лично силно се надявам в LHC да успеят да ги създадат :)

Анонимен каза...

Ами ... Аз честно казано предпочитам да не ги създадат и да докажем, че няма други измерения. В момента се оправям добре в сегашния четириизмерен свят :) Не виждам с какво повече измерения ще ме направят по-щастлив :)

Анонимен каза...

Какво точно ще стане, ако открием допълнителни измерения?
Александър Александров

Filip Stoyanov каза...

Ако открием допълнителните измерения това ще е силно доказателство, че се движим в правилна посока към квантовата гравитация (теорията на всичко). Това ще предизвика интензивно изследване, наливане на пари и търсене на приложения на тези измерения... Както се казва - нова ера в света на физиката :)