Безпека ВАК

 

 

Наскільки правдиві свідчення залежних учасників?

  Великий адронний колайдер (ВАК) може досягти енергії, якої раніше не досягав жоден інший прискорювач частинок, але природа регулярно виробляє вищі енергії в зіткненнях космічних променів. Занепокоєння щодо безпеки того, що може бути створено в таких зіткненнях частинок високої енергії, розглядалися протягом багатьох років. У світлі нових експериментальних даних та теоретичного розуміння Група з оцінки безпеки ВАК (LSAG) оновила огляд аналізу, проведеного в 2003 році Дослідницькою групою безпеки ВАК, групою незалежних вчених.

  LSAG підтверджує та розширює висновки звіту 2003 року про те, що зіткнення на ВАК не становлять небезпеки і що немає причин для занепокоєння. Що б не робив ВАК, природа вже робила це багато разів протягом життя Землі та інших астрономічних тіл. Звіт LSAG був розглянутий та схвалений Комітетом з наукової політики ЦЕРНу, групою зовнішніх вчених, яка консультує керівний орган ЦЕРНу, його Раду.

  Нижче наведено короткий виклад основних аргументів, наведених у звіті LSAG .Будь-кому, хто цікавиться більш детальною інформацією, рекомендується ознайомитися з ним безпосередньо та з науково-технічними статтями, на які він посилається.

Космічні промені


  ВАК, як і інші прискорювачі частинок, відтворює природні явища космічних променів у контрольованих лабораторних умовах, що дозволяє їх детальніше вивчати. ​​Космічні промені – це частинки, що утворюються в космічному просторі, деякі з яких прискорюються до енергій, що значно перевищують енергію ВАК. Енергія та швидкість, з якою вони досягають атмосфери Землі, вимірювалися в експериментах протягом близько 70 років. За останні мільярди років природа вже згенерувала на Землі стільки ж зіткнень, скільки відбулося приблизно в мільйоні експериментів на ВАК – і планета досі існує. Астрономи спостерігають величезну кількість більших астрономічних тіл у Всесвіті, всі з яких також зазнають впливу космічних променів. Всесвіт в цілому проводить понад 10 мільйонів експериментів, подібних до ВАК, на секунду. Можливість будь-яких небезпечних наслідків суперечить тому, що бачать астрономи – зірки та галактики досі існують.

  Мікроскопічні чорні діри

  Природа утворює чорні діри, коли певні зірки, набагато більші за наше Сонце, стискаються самі на собі наприкінці свого життя. Вони концентрують дуже велику кількість матерії у дуже малому просторі. Припущення щодо мікроскопічних чорних дір на ВАК стосуються частинок, що утворюються внаслідок зіткнень пар протонів, кожен з яких має енергію, порівнянну з енергією комара під час польоту. Астрономічні чорні діри набагато важчі за все, що може бути утворено на ВАК.

Згідно з добре відомими властивостями гравітації, описаними теорією відносності Ейнштейна, утворення мікроскопічних чорних дір на ВАК неможливо. Однак існують деякі спекулятивні теорії, які передбачають утворення таких частинок на ВАК. Усі ці теорії передбачають, що ці частинки розпадуться миттєво. Таким чином, чорні діри не встигнуть почати акрецію матерії та викликати макроскопічні ефекти.

  Хоча теорія передбачає, що мікроскопічні чорні діри швидко розпадаються, навіть гіпотетичні стабільні чорні діри можна показати як нешкідливі, вивчаючи наслідки їхнього утворення космічними променями. Хоча зіткнення на ВАК відрізняються від зіткнень космічних променів з астрономічними тілами, такими як Земля, тим, що нові частинки, що утворюються внаслідок зіткнень на ВАК, як правило, рухаються повільніше, ніж ті, що утворюються космічними променями, все ж можна продемонструвати їхню безпеку. Конкретні причини цього залежать від того, чи є чорні діри електрично зарядженими, чи нейтральними. Очікується, що багато стабільних чорних дір будуть електрично зарядженими, оскільки вони створені зарядженими частинками. У цьому випадку вони взаємодіятимуть зі звичайною матерією та зупинятимуться під час проходження повз Землю чи Сонце, незалежно від того, чи утворюються вони космічними променями чи ВАК. Той факт, що Земля та Сонце все ще існують, виключає можливість того, що космічні промені або ВАК можуть створювати небезпечні заряджені мікроскопічні чорні діри. Якби стабільні мікроскопічні чорні діри не мали електричного заряду, їхня взаємодія із Землею була б дуже слабкою. Ті, що утворюються космічними променями, проходили б крізь Землю в космос без шкоди, тоді як ті, що утворюються ВАК, могли б залишатися на Землі. Однак у Всесвіті є набагато більші та щільніші астрономічні тіла, ніж Земля. Чорні діри, що утворюються внаслідок зіткнень космічних променів з такими тілами, як нейтронні зірки та білі карлики, будуть зупинені. Подальше існування таких щільних тіл, а також Землі, виключає можливість утворення небезпечних чорних дір на ВАК

  Стренджлетс

  Стрейнджлет – це термін, що використовується для позначення гіпотетичного мікроскопічного утворення «дивної матерії», що містить майже однакову кількість частинок, які називаються верхніми, нижніми та дивними кварками. Згідно з більшістю теоретичних робіт, стренджлети повинні перетворитися на звичайну матерію протягом тисячомільйонної частки секунди. Але чи можуть стренджлети об'єднатися зі звичайною матерією та перетворити її на дивну матерію? Це питання вперше було порушено перед запуском релятивістського колайдера важких іонів (RHIC) у 2000 році у Сполучених Штатах. Дослідження, проведене на той час, показало, що немає причин для занепокоєння, і RHIC працює вже вісім років, шукаючи стренджлети, але не виявляючи жодного. Часом ВАК працюватиме з пучками важких ядер, як і RHIC. Пучки ВАК матимуть більше енергії, ніж RHIC, але це робить ще менш ймовірним утворення стренджлетів. Дивній матерії важко злипатися за високих температур, що створюються такими колайдерами, так само як лід не утворюється в гарячій воді. Крім того, на ВАК кварки будуть більш розбавленими, ніж на РКВ, що ускладнює збирання дивної матерії. Тому утворення странжелетів на ВАК менш ймовірне, ніж на РКВ, і досвід там вже підтвердив аргументи про те, що странжелети не можуть утворюватися.

  Аналіз перших даних LHC, отриманих в результаті зіткнень важких іонів, підтвердив ключові складові, використані у звіті LSAG для оцінки верхньої межі утворення гіпотетичних странних злітів. Для отримання додаткової інформації див. це доповнення до звіту LSAG: Наслідки даних LHC про важкі іони для утворення багатостранних баріонів.

  Вакуумні бульбашки

  Існують припущення, що Всесвіт не перебуває у своїй найстабільнішій конфігурації, і що збурення, спричинені ВАК, можуть перейти до більш стабільного стану, який називається вакуумною бульбашкою, в якій ми не змогли б існувати. Якщо ВАК міг це зробити, то те саме могли б зробити і зіткнення космічних променів. Оскільки такі вакуумні бульбашки не утворювалися ніде у видимому Всесвіті, їх не створюватиме ВАК.

  Магнітні монополі

  Магнітні монополі – це гіпотетичні частинки з одним магнітним зарядом, або північним, або південним полюсом. Деякі спекулятивні теорії припускають, що, якщо вони існують, магнітні монополі можуть спричиняти розпад протонів. Ці теорії також стверджують, що такі монополі були б занадто важкими, щоб їх можна було утворити на ВАК. Тим не менш, якби магнітні монополі були достатньо легкими, щоб з'явитися на ВАК, космічні промені, що потрапляють на атмосферу Землі, вже б їх створювали, і Земля дуже ефективно б зупиняла та захоплювала їх. Таким чином, подальше існування Землі та інших астрономічних тіл виключає можливість небезпечних магнітних монополів, що пожирають протони, достатньо легких для їхнього утворення на ВАК.
Інші аспекти безпеки ВАК:

  Думати, що зіткнення частинок на ВАК за високих енергій можуть призвести до утворення небезпечних чорних дір, – нісенітниця. Такі чутки поширювали некваліфіковані люди, які прагнули сенсації чи розголосу.

  Академік Віталій Гінзбург, лауреат Нобелівської премії з фізики, Інститут Лебедєва, Москва, та Російська академія наук

  Робота ВАК є безпечною не лише у старому сенсі цього слова, але й у більш  загальному сенсі, оскільки наші найкваліфікованіші вчені ретельно розглянули та проаналізували ризики, пов'язані з роботою ВАК. [Будь-які побоювання] є лише гіпотетичними та спекулятивними, і суперечать багатьом доказам та науковому аналізу.

  Проф. Шелдон Ґлешоу, лауреат Нобелівської премії з фізики, Бостонський університет,

  Проф. Френк Вільчек, лауреат Нобелівської премії з фізики, Массачусетський технологічний інститут,

  Професор Річард Вілсон, професор фізики імені Маллінкродта, Гарвардський університет

  Світ не загине, коли увімкнеться ВАК. ВАК абсолютно безпечний. ... Зіткнення, що вивільняють більшу енергію, відбуваються мільйони разів на день в атмосфері Землі, і нічого страшного не відбувається.

  Проф. Стівен Гокінг, професор математики за Лукасовською програмою, Кембриджський університет

  Природа вже провела цей експеримент. ... Космічні промені вразили Місяць з більшою енергією і не створили чорної діри, яка б поглинула Місяць. Всесвіт не обертається, утворюючи величезні чорні діри.

  Проф. Едвард Колб, астрофізик, Чиказький університет

  Мене, звичайно, зовсім не хвилює ймовірність того, що ВАК створить мікроскопічні чорні діри, здатні поглинути Землю. Для таких шалених припущень немає жодної наукової основи.

  Професор сер Роджер Пенроуз, колишній професор математики імені Роуза Болла, Оксфордський університет

  Немає жодного ризику [під час зіткнень на ВАК, і] звіт LSAG чудовий.

 Професор лорд Мартін Ріс, королівський астроном Великої Британії та президент Лондонського королівського товариства
 
  Тим, хто сумнівається щодо безпеки ВАК, варто ознайомитися зі звітом LSAG, де враховано всі можливі ризики. Ми можемо бути впевнені, що зіткнення частинок на ВАК не можуть призвести до катастрофічних наслідків.

  Академік В.А. Рубаков, Інститут ядерних досліджень, Москва, та Російська академія наук

  Ми повністю підтримуємо висновки звіту LSAG: немає жодних підстав для будь-яких занепокоєнь щодо наслідків появи нових частинок або форм матерії, які могли б бути утворені на ВАК.

  Р. Алексан та ін., 20 зовнішніх членів Комітету з наукової політики ЦЕРНу, включаючи професора Жерара 'т Хофта, лауреата Нобелівської премії з фізики.

  Нещодавно було висловлено занепокоєння щодо можливості виникнення «неконтрольованої реакції синтезу» у відкладеному вуглецевому пучку ВАК. Безпека відкладеного пучка ВАК раніше була розглянута відповідними регулюючими органами країн, що приймають ЦЕРН – Франції та Швейцарії. Конкретні занепокоєння, висловлені нещодавно, були розглянуті в технічному меморандумі Ассманна та ін. Як вони зазначають, реакції синтезу можуть підтримуватися лише в матеріалі, стислому під впливом певного зовнішнього тиску, такого як тиск, що створюється гравітацією всередині зірки, вибухом поділу в термоядерному пристрої, магнітним полем у токамаку або постійними ізотропними лазерними чи частинними променями у випадку інерційного синтезу. У випадку відкладеного пучка ВАК, на нього одноразово потрапляє промінь, що йде з одного напрямку. Немає протилежного тиску, тому матеріал відкладеного пучка не стискається, і синтез неможливий.

  Висловлювалося занепокоєння, що в азотному балоні всередині тунелю ВАК може виникнути «неконтрольована реакція синтезу». Таких азотних балонів немає. Більше того, аргументи, наведені в попередньому абзаці, доводять, що навіть якби він відбувся, синтез був би неможливим.

  Зрештою, також було висловлено занепокоєння, що промінь ВАК може якимось чином викликати «Бозе-нову» в рідкому гелії, який використовується для охолодження магнітів ВАК. Дослідження Ферберна та МакЕлрата чітко показало, що немає жодної можливості для запуску променя ВАК реакції синтезу в гелії.

  Ми нагадуємо, що відомо, що «Бозе-Нові» пов'язані з хімічними реакціями, які вивільняють нескінченно малу кількість енергії за ядерними стандартами. Ми також нагадуємо, що гелій є одним з найстабільніших відомих елементів, і що рідкий гелій використовувався в багатьох попередніх прискорювачах частинок без жодних невдач. Той факт, що гелій хімічно інертний і не має ядерного спина, означає, що «Бозе-Нова» не може бути запущена в надплинному гелії, який використовується в ВАК.

  Коментарі до статей Гіддінгса та Мангано, а також LSAG

  Роботи Гіддінгса, Мангано та LSAG , що демонструють безпеку ВАК, були вивчені, переглянуті та схвалені провідними експертами з країн-членів ЦЕРНу, Японії, Росії та Сполучених Штатів, які працюють у галузі астрофізики, космології, загальної теорії відносності, математики, фізики елементарних частинок та аналізу ризиків, включаючи кількох лауреатів Нобелівської премії з фізики. Всі вони погоджуються, що ВАК безпечний.

  Стаття професора Гіддінгса та Мангано пройшла рецензування анонімними експертами з астрофізики та фізики елементарних частинок і була опублікована у професійному науковому журналі Physical Review D. Американське фізичне товариство вирішило виділити цю статтю як одну з найважливіших, опублікованих ним нещодавно, замовивши коментар Пескіна зі Стенфордської лабораторії лінійних прискорювачів, у якому він підтримує її висновки. Виконавчий комітет Відділення частинок і полів Американського фізичного товариства опублікував заяву, в якій схвалив звіт LSAG.

  Звіт LSAG був опублікований Інститутом фізики Великої Британії у його виданні Journal of Physics G. Висновки звіту LSAG були схвалені в прес-релізі , що анонсував цю публікацію.

  Висновки LSAG також були схвалені Секцією фізики елементарних частинок та ядра (KET) Німецького фізичного товариства. Переклад повного звіту LSAG німецькою мовою можна знайти на вебсайті KET, а також тут . (Переклад повного звіту LSAG французькою мовою також доступний .)

  Таким чином, висновок про те, що зіткнення на ВАК є повністю безпечними, був підтверджений трьома шанованими професійними товариствами фізиків, які його розглянули, і які входять до числа найшанованіших професійних товариств у світі.

  Всесвітньо відомі експерти з астрофізики, космології, загальної теорії відносності, математики, фізики елементарних частинок та аналізу ризиків, включаючи кількох лауреатів Нобелівської премії з фізики, також висловили чіткі індивідуальні думки про те, що зіткнення на ВАК не є небезпечними, як ви можете прочитати праворуч.

  Переважна більшість фізиків погоджується, що мікроскопічні чорні діри будуть нестабільними, як і передбачається основними принципами квантової механіки. Як обговорюється у звіті LSAG , якщо мікроскопічні чорні діри можуть утворюватися внаслідок зіткнень кварків та/або глюонів усередині протонів, вони також повинні мати здатність розпадатися назад на кварки та/або глюони. Більше того, квантова механіка передбачає, що вони повинні розпадатися через випромінювання Хокінга.

  Тим не менш, у кількох статтях висловлюється припущення, що мікроскопічні чорні діри можуть бути стабільними. У статті Гіддінгса та Мангано, а також у звіті LSAG , дуже консервативно проаналізовано гіпотетичний випадок стабільних мікроскопічних чорних дір і зроблено висновок, що навіть у цьому випадку не буде жодної мислимої небезпеки. Інший аналіз з подібними висновками був задокументований доктором Кохом, професором Блейхером та професором Штекером з Франкфуртського університету та GSI, Дармштадт, які дійшли висновку:

  «Ми обговорили логічно можливі шляхи еволюції чорних дір. Потім ми обговорили кожен окремий результат цих шляхів і показали, що жоден з фізично розумних шляхів не може призвести до катастрофи чорної діри на ВАК».

  Професор Ресслер (який має медичний ступінь і раніше був теоретиком хаосу в Тюбінгені) також висловив сумніви щодо існування випромінювання Гокінга. Його ідеї були спростовані професорами Ніколай (директор Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка - Альберт-Ейнштейн-Інститут - у Потсдамі) та Джуліні, чия доповідь (див. тут переклад англійською , а подальші твердження тут ) вказує на його нерозуміння загальної теорії відносності та метрики Шварцшильда, а також на його опору на альтернативну теорію гравітації, яка була спростована в 1915 році. Їхній вердикт:

  «Аргумент [Росслера] не є обґрунтованим; аргумент не є самоузгодженим».

  Стаття професора Ресслера також була розкритикована професором Бруном з Дармштадтського технічного університету, який дійшов висновку , що:

  «Неправильне тлумачення Ресслером метрики Шварцшильда [робить] його подальші міркування... недійсними. Це не ті статті, які можна було б враховувати під час обговорення проблем чорних дір».

  Гіпотетичний сценарій для потенційно небезпечних метастабільних чорних дір нещодавно запропонував доктор Плага. Висновки цієї роботи виявилися суперечливими в другій статті Гіддінгса та Мангано, де також зазначається, що безпека цього класу сценаріїв метастабільних чорних дір вже встановлена ​​їхньою оригінальною роботою . Завантажте коментарі щодо заявлених ризиків, пов'язаних з метастабільними чорними дірами

Завантажте Заяву Виконавчої ради Відділу частинок і полів Американського фізичного товариства (APS)
Завантажте цей короткий виклад звіту LSAG . Переклади доступні такими мовами: fr de el es it jp no pl ru .
Завантажити звіт LSAG (2008). Переклад доступний такими мовами: fr
Завантажити додаток до звіту LSAG: Наслідки даних важких іонів LHC для утворення багатодивних баріонів (2011)
Завантажте спеціалізований звіт, опублікований у Європі (2003)
Завантажте спеціалізований звіт, опублікований у Сполучених Штатах (1999)
Завантажте коментар експерта щодо припущень професора Отто Ресслера щодо утворення чорних дір на ВАК
Завантажте подальший коментар експерта щодо припущень професора Отто Ресслера щодо утворення чорних дір на ВАК. Переклади доступні такими мовами: fr
Завантажте ще одну незалежну оцінку безпеки сценаріїв чорних дір на ВАК