Actualización: Agujeros negros, seguridad y la actualización del LHC

Actualización 9 de noviembre En respuesta a algunos de los comentarios a continuación, permítanme explicar una de las preocupaciones sobre las garantías estándar dadas por los físicos de partículas sobre la seguridad del LHC. Su argumento es que la Tierra ha sido bombardeada por rayos cósmicos de alta energía durante miles de millones de años. Estas partículas habrían chocado con partículas en nuestra atmósfera a energías mucho más altas de las que son posibles en el LHC. Entonces, si una catástrofe fuera posible, ya habría sucedido. Eso significa que la existencia continua de la Tierra, y de hecho muchos otros cuerpos astronómicos, es una poderosa evidencia de que el LHC es seguro. El problema es este: existe una diferencia importante entre las colisiones que ocurren en la atmósfera y las que ocurren en el LHC. Los rayos cósmicos golpean la atmósfera a una fracción sustancial de la velocidad de la luz. Eso significa que los escombros de estas colisiones también viajan a una fracción sustancial de la velocidad de la luz, lo que le da un tiempo limitado para interactuar con la Tierra. Las colisiones en el LHC son diferentes. Estos involucran dos haces, ambos viajando casi a la velocidad de la luz pero chocando de frente. Entonces la colisión ocurre en reposo con respecto a la Tierra. Ese es un punto importante. Significa que los escombros de la colisión pueden permanecer por más tiempo y, por lo tanto, tienen una mayor probabilidad de interactuar con la Tierra. Cuando se tiene en cuenta este efecto, no está del todo claro que eventos similares hayan tenido lugar regularmente en nuestra atmósfera o en cualquier otro lugar. Eso no prueba que el LHC sea peligroso, ni mucho menos. Pero sí muestra que la garantía de seguridad estándar no es tan estanca como los físicos de partículas quieren hacernos creer. Si existen dudas sobre esta garantía, deben abordarse. El CERN no ha abordado esta preocupación ni ninguna de las otras que han surgido desde que publicó su informe de seguridad original. Eso no es realmente sorprendente: tiene un interés creado obvio en el LHC. Pero esta situación no puede continuar. Es por eso que la seguridad del LHC debe ser revisada por un grupo independiente de científicos con experiencia en análisis de riesgos pero sin conexiones profesionales o financieras con el CERN. La actualización propuesta al LHC brinda la oportunidad perfecta

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Publicación original

Han pasado 10 años desde que los físicos plantearon por primera vez la posibilidad de que los aceleradores de partículas en la Tierra pudieran producir agujeros negros microscópicos. Este fenómeno inicialmente parecía enormemente emocionante, ya que insinuaba una forma en que los científicos podrían probar sus ideas sobre la gravedad cuántica, la teoría que reconcilia la mecánica cuántica con la relatividad general. .

Desde entonces, gran parte de la emoción se ha calmado. Resulta que la energía requerida para crear estos objetos excede ampliamente lo que es posible en los aceleradores más poderosos del mundo y, de hecho, es mucho más que la encontrada en el rayo cósmico más poderoso jamás registrado.

Sin embargo, existen varias lagunas que permiten que se formen microagujeros negros a energías más bajas. El más discutido es la posibilidad de que el universo tenga dimensiones extra a escalas microscópicas que debiliten significativamente la gravedad a este nivel. Estas dimensiones tendrían que operar a una escala superior a 10 ^ -19 metros para permitir que los agujeros negros microscópicos se formen más fácilmente.

Pero aquí nuevamente, la evidencia está restringiendo esta idea. El acelerador más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, ha estado funcionando durante aproximadamente un año y hasta ahora no ha podido producir agujeros negros con masas de hasta 4,5 TeV. Eso significa que las dimensiones adicionales deben tener un tamaño inferior a 10 ^ -12 metros.

Sin embargo, todavía se podrían producir agujeros negros en el LHC a una tasa de quizás 100 por año. Pero, ¿cómo detectarlos?

Hoy, Marcus Bleicher del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt en Alemania y algunos amigos describen algunos de los problemas abiertos relacionados con la producción y detección de agujeros negros en el LHC, asumiendo que se produzca.

Estos tipos asumen que después de que se formen los agujeros negros microscópicos, pasarán por cuatro fases. Primero está la fase de calvicie en la que el agujero trasero recién formado evoluciona de un objeto altamente asimétrico a uno más simétrico, eliminando su asimetría a través de la radiación gravitacional.

En la segunda fase, llamada fase de descenso, el agujero negro pierde masa y momento angular al emitir radiación de Hawking. La tercera, la fase de Schwarzschild, el agujero negro se vuelve esférico y la tasa de pérdida de masa se ralentiza. Y en la fase final de Planck, el agujero negro desaparece.

De estas fases, solo la fase de Schwarzschild en se entiende con algún detalle principalmente debido a la simetría involucrada. Las otras fases no se comprenden bien, en particular la fase de Planck, que solo puede describirse en términos de gravedad cuántica, que en sí misma es una idea no probada.

Una cosa que podría ayudar a aclarar muchas de estas preguntas es más datos y la posibilidad de una actualización del LHC en algún momento en el futuro.

El gorila de 800 libras en todo esto es la seguridad de este tipo de experimentos. Existe una creencia generalizada en la comunidad de la física de partículas de que la producción de agujeros negros es un procedimiento de riesgo cero. De hecho, los físicos de partículas no admiten discusión sobre este tema y Bleicher y compañía no lo mencionan.

Por el contrario, señalan que la física involucrada es altamente especulativa. De hecho, lo que les interesa es la posibilidad de que estos procesos revelen nueva física más allá de nuestra comprensión actual del universo. Eso es difícil de reconciliar con las garantías categóricas que se le ha dado al público sobre la seguridad.

Hay poca confianza que se puede ganar con las evaluaciones de seguridad que se han realizado en el pasado. A finales de los 90, la carta de un lector en Científico americano planteó la cuestión de si el Colisionador de Iones Pesados ​​Relativista (RHIC) que se estaba construyendo en el Laboratorio Nacional de Brookhaven podría producir agujeros negros que podrían destruir el planeta.

Como resultado, el director de Brookhaven encargó un informe a cuatro físicos sobre la seguridad de la máquina. Este informe concluyó que la probabilidad de catástrofe era 2 x 10 ^ -4, describiendo esto como un margen de error cómodo. Otro informe de un grupo de físicos del CERN llegó a la conclusión extremadamente conservadora [que] es seguro ejecutar RHIC durante 500 millones de años.

Estos documentos se utilizaron ampliamente en ese momento para brindar tranquilidad al público y, sin embargo, ambos resultaron posteriormente contener errores graves. El margen de error cómodo es en realidad una probabilidad de 1 en 5000, no una que la mayoría de la gente consideraría cómoda. Cuando se señaló esto, el equipo revisó sus cifras agregando otro cero al número, convirtiéndolo en una probabilidad de 1 en 50,000, y agregó que no intentamos decidir cuál es un límite superior aceptable en [la probabilidad de un desastre].

El grupo CERN también había destrozado sus números. Resultó que sus cálculos simplemente sugirieron que había una baja probabilidad de que la Tierra fuera destruida muy pronto en una carrera en RHIC. De hecho, sus cálculos fueron consistentes con una alta probabilidad de destrucción planetaria a largo plazo.

Ninguno de estos errores se informó ampliamente.

Justo antes de la puesta en marcha del LHC, el CERN encargó su propio informe sobre la seguridad del que ahora es el acelerador más potente del mundo. Este informe concluyó que la máquina era segura.

Una cuestión importante es qué confianza debe depositar el público en este informe. Hay varias razones para ser cautelosos, entre los que se encuentran los errores que aparecieron en evaluaciones anteriores.

Igual de grave es el hecho de que el informe fue escrito por cinco empleados del CERN que se basaron en el trabajo científico de otro empleado del CERN y un científico con un puesto pendiente de visita en la organización.

Se trata de personas cuyas carreras y medios de vida completos dependían del encendido del LHC. Con la mejor voluntad del mundo, es difícil ver cómo esta fue una elección sensata.

Desde entonces, el debate ha avanzado y se han planteado una serie de nuevas preocupaciones sobre la seguridad. Hemos cubierto esto en este blog en varias ocasiones. Estas preocupaciones aún no se han abordado.

Lo que se necesita, por supuesto, es que la seguridad del LHC sea investigada por un equipo independiente de científicos con una sólida formación en análisis de riesgos pero sin vínculos profesionales o financieros con el CERN. Seguramente se podría formar un equipo competente, aunque esta condición probablemente excluiría a la mayoría de los físicos de partículas.

La charla ahora es de un Actualización del LHC para aumentar la luminosidad de la máquina y su energía a unos 16,5 TeV. La seguridad debería ser una parte central de estos planes y, sin embargo, no lo es. El público debería exigir saber por qué.

Ref: arxiv.org/abs/1111.0657: Micro agujeros negros en el laboratorio

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